Fra 1947 til 1950 var han ingeniør hos Westfal-Larsen & Co. i Bergen. I 1951 vendte han tilbake til Akers mekaniske verksted som underdirektør, og ble etter hvert forfremmet til driftsdirektør (1953), administrerende direktør (1958) og generaldirektør (1965). Fra 1970 til 1972 var han direktør for A/S Fred. Olsen, og fra 1972 administrerende direktør for Saga Petroleum A/S.
På 1950- og 60-tallet bygget Martin Siem opp Akers Mekaniske Verksted til Akergruppen, Norges største bedrift. Han fikk stor betydning for den norske samfunnsutviklingen i en tid preget av industrireising. I 1965 ble han styreleder i Fondet til fremme av forskning og utvikling i industrien (Utviklingsfondet). Gjennom Siems nære samarbeid med eier, skipsreder Fred. Olsen, og de tillitsvalgte i verkstedklubben, ble Aker banebrytende innen skipsbygging og leverandørindustrien til oljenæringen. Som leder måtte Martin Siem ta krevende valg i en konkurranseutsatt industri. For å lykkes skapte han en kultur preget av samhandling og medvirkning på alle nivåer. Selv om mye av den gamle Aker-industrien er borte, lever verdiene videre gjennom lovfestede rettigheter for arbeidstakere og partssamarbeidet i arbeidslivet. Aker utviklet også kompetanse og teknologi som har lagt grunnlag for deler av dagens norske industriproduksjon. I 1969 hjalp Martin Siem israelske Aker-kunder med å få ut fem kanonbåter fra Frankrike. Det skjedde under dramatiske omstendigheter, og fikk stor oppmerksomhet over hele verden.
