Su familia procedía de Italia, siendo su padre un barbero de nombre Gateano, y su madre Angella, una mujer dedicada a sus labores domésticas.
Poco amante de los estudios, Dino abandonó el colegio y se propuso ganarse la vida en lo que fuese, trabajando desde su adolescencia en diferentes oficios como peón, gasolinero, croupier e incluso boxeador, peleando con bastante éxito con el nombre de Kid Crocetti.Dean Martin se fue introduciendo poco a poco en los nightclubs como cantante, actuando junto a la orquesta de Ernie McKay con el nombre artístico de Dino Martini.
En una de sus actuaciones, que compaginaban música y humor, coincidió con un cómico que intentaba también abrirse camino en el mundo del espectáculo, su nombre era Jerry Lewis.
Los dos se hicieron muy amigos, lo que les llevó a actuar como pareja en el año 1946 en el club Atlantic City, consiguiendo con su química despertar el entusiasmo entre el público asistente.
Poco después debutaron en la radio y en 1949 firmaron con los estudios Paramount para protagonizar su primera película, “My Friend Irma” (1949), un título dirigido por George Marshall.
“My friend Irma” fue el inicio de una fructífera colaboración que produjo comedias como “Vaya Par De Marinos” (1951) de Hal Walker, “Qué Par De Golfantes” (1953) de Norman Taurog, “Viviendo Su Vida” (1954) de Taurog, “Artistas y Modelos” (1955) de Frank Tashlin, “Un Fresco En Apuros” (1955) de Taurog, “Juntos Ante El Peligro” (1956), también dirigidos por Norman Taurog, o “Loco Por Anita” (1956), película de Tashlin que contaba con la presencia de la sueca Anita Ekberg.
La larga amistad terminó después del rodaje de “Loco Por Anita”. La pareja rompió su exitosa colaboración artística para iniciar carreras en solitario.
Mientras Jerry siguió protagonizando comedias, Dino diversificó mucho más sus papeles, demostrando un sorprendente talento para la interpretación dramática.
Además continuó grabando discos y consiguiendo éxito con canciones clásicas como “Volare” o “Everybody Loves Somebody”.
En el aspecto sentimental, antes de la llegada de los 60, Dean Martin se había casado ya en dos ocasiones. La primera con Betty MacDonald en 1940, de quien se divorció en 1949 en una relación con alcoholismo de Betty e infidelidades de Dean; y la segunda en 1949 con Jane Biegger, su relación más duradera con la que estuvo hasta el año 1973.
A partir de los años 50 Dean Martin formó parte de un grupo de actores liderado por Frank Sinatra al que denominaban “rat pack”, amantes de la juerga y la buena vida y con contactos muy estrechos con el mundo de la mafia.
En el cine y ya sin la compañía de Lewis, Martin destacó en títulos como “El Baile De Los Malditos” (1957) de Edward Dmytryk, “Río Bravo” (1959), western de Howard Hawks, “La Cuadrilla De Los Once” (1960) de Lewis Milestone, “Cuatro Tíos De Texas” (1963) de Robert Aldrich, “Bésame, Tonto” (1964) de Billy Wilder, o “Los Cuatro Hijos De Katie Elder” (1965) de Henry Hathaway.
Además Dean participó como protagonista principal en una serie de películas estilo James Bond encarnando al agente especial Matt Helm.
En 1973 contrajo matrimonio con su última esposa, Catherine Hawn, pero tampoco pudo lograr la estabilidad emocional deseable, rompiendo el enlace tres años después de la boda.
Del cine se retiró en la primera mitad de los años 80 tras participar en “Los locos del Cannonball” (1981) y “Los locos del cannonball 2” (1984), ambos títulos dirigidos por Hal Needham.
El 25 de diciembre de 1995 Dean Martin falleció a causa de problemas respiratorios. Tenía 78 años.
Dino tuvo ocho hijos. Cuatro con Betty McDonald: Stephen (nacido el año 1942), Claudia (1944), Barbara (1945) y Dina (1948). Tres con Jeanne: Dean Paul (1951), miembro del grupo pop Dino, Desy & Billy que falleció cuando pilotaba en un accidente aéreo, Ricci James (1953) y Gina (1956). Su octava hija fue Sasha, adoptada por Dean y Catherine Hawn.