Martino nasceu em Roma numa família de arquitetos. Seu avô, Martino Longhi, o Velho, já era famoso por ter completado diversas obras na cidade. Seu pai, Onorio Longhi era também um proeminente arquiteto e Martino herdou o trabalho em San Carlo al Corso quando ele morreu em 1619, um projeto desenhado pelo seu avô e no qual três gerações da família trabalharam. Em 1625, Martino publicou um tratado sobre arquitetura e já era membro da Accademia di San Luca. Na década seguinte, ele começou a trabalhar em Sant'Antonio dei Portoghesi. Em 1644, projetou a fachada de San Giovanni Calibita e, no ano seguinte, começou a trabalhar na estupenda fachada vertical de Santi Vincenzo e Anastasio a Trevi. Na década de 1650, Martino trabalhou na reconstrução de Sant'Adriano al Foro.
Longhi não teve filhos e está enterrado em Viggiù, no Lombardia, onde morreu.
Varriano, John L. (1971). «The Architecture of Martino Longhi the Younger (1602-1660)». Journal of the Society of Architectural Historians, Vol. 30, No. 2. The Journal of the Society of Architectural Historians (em inglês). 30 (2): 101–118. JSTOR988628. doi:10.2307/988628