Оскар Перл вырос в манхэттенском Ист-Сайде, Фая Розенталь - в бруклинском Браунсвилле. Родители Мартина сумели дать своим детям образование. Сестра Мартина - Лиля Перл, писательница, автор книг для юношества, в том числе романа о Холокосте.
     В 16-летнем возрасте Мартин Перл поступил в Бруклинский политехнический институт и начал изучать химию, однако из-за Второй мировой войны прервал учёбу и стал курсантом Академии торгового флота. Служил в армии морским пехотинцем (1944-45), затем вернулся к занятиям в институте и в 1948г. получил степень бакалавра в области химической технологии.
    В 1948-50гг. Перл работал в фирме "Дженерал электрик", занимался усовершенствованием телевизионных кинескопов, а затем проблемами сеточной эмиссии промышленных игнитронов. Для решения этих задач он занимался ещё на нескольких курсах, в том числе по атомной физике и вычислительным методам математики, а в 1950г. начал работать над докторской диссертацией в Колумбийском университете под руководством И. А. Раби. Он использовал метод резонансных атомных пучков для измерения квадрупольного момента ядра натрия. В 1955г. Перлу была присуждена степень доктора. В 1955-63гг. он был профессором физики Мичиганского университета.
     В 1963г. Мартин Перл был приглашён работать на строящийся в Стэнфорде линейный ускоритель. В 1970-х годах здесь было поставлено большое количество экспериментов, позволивших сделать ряд важнейших открытий, среди них - открытие Перлом элементарной частицы тау-лептон. За открытие так называемого третьего поколения элементарных частиц (тау-лептон, тау-нейтрино, верхний и нижний кварки) Перл был удостоен премии Вольфа по физике (1982). В 1995г. Перл разделил с Фредериком Райнесом Нобелевскую премию по физике.
    Учёный работал также над применением оптики и электроники, занимался вопросами защиты окружающей среды и нераспространения атомного оружия. Перл - член Американской национальной академии наук, почётный доктор Чикагского университета (с 1990г.), член физических обществ США и ряда других стран.