Als Sohn des Schauspielers und Regisseurs Willy Semmelrogge trat Martin Semmelrogge schon früh in die Fußstapfen seines Vaters. Bereits im Alter von 16 Jahren spielte er in der Krimiserie „Der Kommissar“ einen jugendlichen Mörder. Auch aus Serien wie „Tatort“, „Derrick“ oder „Der Alte“ ist er dem Fernsehpublikum als kauziger Schurke bekannt. Der große Durchbruch gelang Semmelrogge 1981 als schelmischer Wachoffizier in dem international erfolgreichen Film „Das Boot“.
Es folgte eine Rolle in „Schindlers Liste“ sowie zahlreiche Auftritte in beliebten deutschen TV-Serien bis in die 1990er- und 2000er-Jahre hinein. Darüber hinaus war er in Spielfilmen wie „Geliebte Diebin“ (2002) oder „Neues vom Wixxer“ (2007) zu sehen. Seit 2008 trat der Schauspieler mit dem markanten Gesicht auch regelmäßig auf Theaterbühnen auf.
Die Eltern von Semmelrogge waren in den 1950er-Jahren aus der DDR geflohen. Martin selbst kam 1955 im schwäbischen Boll-Eckwälden zur Welt, wo er auch seine Kindheit verbrachte. Er hat einen jüngeren Bruder, Joachim Bernhard Semmelrogge, der ebenfalls Schauspieler wurde. Von 1985 bis 1991 war Martin mit seiner ersten Frau Susanne verheiratet. Die Ehe mit seiner zweiten Frau Sonja dauerte von 1999 bis zu deren Krebstod im Sommer 2018.
Im Jahr 2017 waren beide noch gemeinsam auf RTL in der Reality-Show „Das Sommerhaus der Stars – Kampf der Promipaare“ zu sehen. Aus Beziehungen, die Martin vor und zwischen seinen Ehen führte, stammen die Kinder Dustin und Joanna Semmelrogge. Im Herbst 2019 gab der Schauspieler seine Verlobung mit Regine Prause bekannt. Der Schurkendarsteller stand auch im echten Leben mehrfach vor Gericht. Verurteilt wurde er für Verkehrsdelikte sowie für Drogenbesitz und Ladendiebstahl.