Va ser batejat el 22 de maig de 1605 a l'església de San Martín de Conca,[2]
Se sap molt poc de la vida d'aquest pintor fins que a l'agost de 1633 va contreure matrimoni amb Francisca Velázquez i Pacheco, una de les filles de Diego Velázquez. Tots dos, Velázquez i Martínez del Mazo, van ser companys del pintor, arquitecte i escultor granadí Alonso Cano al taller sevillà del seu mestre Francisco Pacheco.
El seu sogre Velázquez el va tenir en gran estima i va posar sempre mà d'ell com el seu millor ajudant. De fet, s'acostumen a atribuir a Mazo algunes pintures de Velázquez que no encaixen en la tècnica del mestre. Velázquez va ajudar molt Mazo a la seva carrera artística dintre de la cort espanyola, i també va emprendre gestions per aconseguir-li alguna col·locació.
Mazo va ser nomenat pintor de cambra el 1661 a la mort del seu sogre Velázquez. Es creia que va ser Mazo qui a la mort de Velázquez va acabar i va retocar el retrat la infantaMargarida, però les últimes investigacions efectuades al Prado tendeixen a donar l'autoria total del quadre a Mazo. La infanta Margarida, protagonista de Las Meninas, va ser esposa de l'emperador Leopold I d'Àustria i va morir molt jove.
Durant força temps les obres de Del Mazo van ser atribuïdes a Velázquez. La crítica moderna amb les noves tècniques i coneixements han pogut restituir l'autoria de les mencionades obres. Entre les seves millors obres destaquen la Vista de Saragossa, La caceria del Tabladillo i El Arco de Tito.
La seva obra més sorprenent és La família del pintor Juan Bautista Martínez del Mazo del Kunsthistorisches Museum de Viena, un retrat col·lectiu on es pot veure Juan Bautista, la seva esposa Francisca (filla de Velázquez), els fills de tots dos i servents. L'ambientació del lloc i la disposició de diversos elements remeten a Las Meninas.[3]
Al Museu Víctor Balaguer de Vilanova i la Geltrú també s'hi pot trobar l'obra de caràcter mitològic Dido i Eneas, realitzada per l'artista a partir d'un original de Rubens perdut. La peça, que es troba en dipòsit juntament amb altres procedeix del Museo Nacional del Prado.
Obra de taller, còpia de l'original de Velázquez del Museo del Prado; s'atribueix a Martínez del Mazo i va ser enviat a Florència a l'escultor Pietro Tacca perquè servís de model per a l'escultura eqüestre que avui és a la Plaça d'Orient de Madrid.
S'havia considerat l'última obra de Velázquez, però fou pintada per Juan Bautista del Mazo, a partir del retrat anterior; Velázquez podria haver fet l'esborrany o la idea general