Filho do senador Mário Martins, estudou no Colégio Aplicação no Rio de Janeiro. Começou a trabalhar como jornalista aos quinze anos, como estagiário do jornal “Última Hora”.
Aos vinte anos, como estudante de Ciências Econômicas da Universidade Federal do Rio de Janeiro (à época Universidade do Brasil), Franklin foi eleito presidente do DCE da Universidade e, logo depois, vice-presidente da União Metropolitana dos Estudantes, do Rio de Janeiro.
Quando jovem, foi líder estudantil e depois guerrilheiro, militante do grupo comunista MR-8 e da Dissidência Universitária da Guanabara, em que era conhecido pelo codinome de Valdir. Durante a ditadura militar, teve papel importante nos movimentos que se opunham ao regime.
Franklin Martins foi preso em outubro de 1968 durante sua participação no XXX Congresso da UNE em Ibiúna e foi libertado um dia antes do Ato Institucional 5. Depois passou a ser procurado por roubo a banco e assalto a carro pagador efetuados com o objetivo de obter dinheiro para financiar a luta armada contra a ditadura.
Em 1969, na busca de libertar Vladimir Palmeira, idealizou, junto com Cid Benjamin o sequestro do embaixador dos Estados Unidos, Charles B. Elbrick. A operação foi realizada em parceria com militantes da Ação Libertadora Nacional (ALN) e do Movimento Revolucionário 8 de Outubro (MR-8). O sucesso da operação forçou o governo brasileiro a libertar quinze guerrilheiros presos. Devido a tal fato, Franklin Martins está até hoje impedido de entrar nos Estados Unidos - situação similar à do deputado Fernando Gabeira, que também participou do sequestro. Neste período ele se aproximou do então líder estudantil José Dirceu.
Devido à repressão do governo militar, partiu em exílio para Cuba, no Chile e na França. Enquanto esteve em Cuba, na província de Pinar del Río, teve aulas de armamento, explosivo, túneis e principalmente táticas militares. Na França, diplomou-se na Escola de Ciências Sociais da Universidade de Paris. Voltou para o Brasil com a anistia concedida pelo governo militar.
Como jornalista, foi comentarista político em diversos veículos, até chegar à Rede Globo em 1996. Em 1997, foi afastado da sucursal de Brasília do jornal O Globo, pois sua esposa passou a trabalhar no gabinete do então parlamentar José Anibal, do PSDB. Atuou no Jornal Nacional e no Jornal da Globo até maio de 2006. Nesse ano, quando Caio Túlio Costa assumiu a presidência do iG, Franklin Martins foi contratado como comentarista do portal, junto com Mino Carta, Paulo Henrique Amorim e José Dirceu. Trabalhou ainda na Rede Bandeirantes, onde fazia comentários diários sobre política nos telejornais da casa e também no Jornal Gente, da Rádio Bandeirantes.
Em 2007, foi convidado a ser ministro-chefe da Secretaria de Comunicação Social (Secom) do governo Lula. No governo, teve a função das relações do governo com a imprensa, da publicidade oficial e também do projeto de uma rede nacional pública de TV.
Foi considerado pela Revista Época um dos cem brasileiros mais influentes do ano de 2009.