Sekojot tēva, arī aktiera Mārtiņa Vērdiņa, pēdās, Mārtiņš jaunākais studējis Latvijas Valsts Konservatorijā pie leģendārās pedagoģes Veras Baļunas un jau studiju laikā – 1960. gadā – sāk strādāt Valsts Drāmas (tagad Nacionālajā) teātrī.
Pēc vairākiem Drāmas teātrī pavadītiem gadiem viņš nonāca Valmieras Drāmas teātrī, kur nospēlēja izcilas lomas, tostarp titullomu režisora Oļģerta Krodera pirmajā lugas "Hamlets" iestudējumā 1972. gadā, kā arī Juhani izrādēs "Niskavuori saimnieces jaunība" un "Niskavuori Herta".
Tomēr jau 1975. gadā pēc režisora Arnolda Liniņa uzaicinājuma, Mārtiņš Vērdiņš atgriezās Rīgā – šoreiz kā Latvijas PSR Valsts Dailes teātra aktieris, kur strādāja līdz pat 1998. gadam, nospēlējot vairāk nekā 40 lomu.
Sācis ar epizodiskām kinolomām, atveidojot ne vienu vien vācu virsnieku, 1975. gadā Mārtiņš Vērdiņš tika izvēlēts sera Edmunda lomai muzikālajā piedzīvojumu filmā "Robina Huda bultas" un 70. gadu otrajā pusē un 80. gados turpināja aktīvi filmēties. Starp viņa kinolomām izceļama Mareka loma režisora Vara Braslas filmā "Tereona galva", kas ļāva Mārtiņam izpaust arī savu zīmētāja talantu. Jaunības aizraušanos ar mākslu aktieris saglabājis mūža garumā, pēc skatuves karjeras beigām strādājot kā teātra dekorators.
Mārtiņš Vērdiņš bijis iemīļots aktieris režisoram Aloizam Brenčam, atveidojot lomas viņa filmās "Liekam būt", "Rallijs", "Mirāža", "Dubultslazds" un citās, arī daudzsēriju filmās "Ilgais ceļš kāpās" un "Zītaru dzimta". Vairākās filmās filmējies kopā ar dzīvesbiedri aktrisi Mirdzu Martinsoni.
Mārtiņa Vērdiņa kinokarjera ietiecas arī 21. gadsimtā, jo 2003. gadā viņš nospēlēja Ziediņtēva lomu skatītāju iemīļotajā Latvijas Televīzijas seriālā "Likteņa līdumnieki".