En 1930, Mary Balmford se marie avec le peintre et sculpteur Kenneth Martin et ils exposeront très souvent ensemble à partir de 1954. Ils font partie de cette génération d’artistes anglais qui redécouvrent l’abstraction après la guerre, et développent un art mariant sculpture et peinture, art constructif et art optique. Tandis que K. Martin travaille le métal, M. Martin se spécialise d’abord dans des reliefs en plâtre, avant d’utiliser le plexiglas pour ses propriétés colorées et ses transparences, et enfin le métal, dont elle joue des aspects réflexifs. Son goût pour les matériaux industriels et l’architecture, et sa formation de designer en font l’une des rares femmes sculptrices à bénéficier de commandes publiques, parmi lesquelles le Wall Screen du Musgrave Park Hospital (Belfast, 1957), ou encore, l’année de sa mort prématurée, le Wall Construction (1969) à l’université de Stirling, en Écosse. Persuadée que l’artiste « doit avoir la compréhension de l’architecture et la capacité d’y rentrer, sans la détruire ni la dominer ou s’en distraire ; une aptitude à la cristalliser dans un art qui soit une simple affirmation d’ordre personnel afin que le travail devienne un symbole très complet du bâtiment lui-même, un élément de l’architecture mais pas l’architecture » (Artist and Architect, 1957), elle participe aux grandes expositions d’art construit, dont Konkrete Kunst, (Zurich, 1960) et Experiment in Constructie (Amsterdam, 1962).

Son travail se caractérise par la répétition des formes, selon des progressions mathématiques, le respect de la loi des proportions et le jeu des permutations, ainsi que par un sens très raffiné de la superposition des matériaux – bois naturel et bois peint, carton et formica, acier inoxydable et ciment –, parmi lesquels ses montages de plexiglas sur bois, tout à fait uniques. Au milieu des années 1960, M. Martin commence une série en utilisant des petits cubes en métal, dont la face est coupée en diagonale et dont les permutations en relief sur ses tableaux créent des compositions à la fois géométriques et optiques. C’est avec une œuvre de cet ensemble, Cross, qu’elle est la première femme à recevoir le prix John-Moores, conjointement avec Richard Hamilton en 1969. Des expositions ont remis en valeur son travail : la rétrospective de la Tate Gallery en 1984 est suivie par une exposition monographique des Martin en 2007, au Camden Arts Center à Londres.