Martin était vu comme un des membres les plus à gauche du cabinet libéral, et en tant que ministre de la santé nationale et du bien-être social de 1946 à 1957, il joua un rôle important dans le combat contre la polio et dans la création d'une assurance-hospitalisation au Canada ; il est parfois reconnu comme le père du système de santé canadien. Martin fut secrétaire d'état pour les affaires externes dans le gouvernement Pearson.
Il se porta candidat à la direction du Parti libéral trois fois : en 1948, en 1958 et en 1968, mais il essuya une défaite les trois fois : la première fois par Louis St-Laurent, puis par Lester B. Pearson, enfin par Pierre Elliott Trudeau. Trudeau le nomma au Sénat en 1968. Il fut chef du gouvernement au Sénat jusqu'en 1974, quand il fut nommé haut commissaire au Royaume-Uni. En 1976 il fut fait compagnon de l'Ordre du Canada. Il fut aussi chancelier de l'Université Wilfrid Laurier de 1972 à 1977 ; l'université donna son nom au Centre Paul Martin en son honneur.
