Gilbert Olivier Edouard Antonin Martin est le fils d’Antonin Félix Martin, officier de Marine, et de Jeanne Kleinmann. Avec ses deux sœurs, Christine, décédée très jeune, et Lucie, il passe une partie de sa jeunesse tout près de la mer, à proximité de Portsall, au hameau de Kersaint en Landunvez (29), point d’ancrage de la famille.

Les déménagements liés aux affectations de son père ne nuisent pas à son parcours scolaire puisqu’il intègre l’Ecole navale le 30 septembre 1927. Il suit alors le cursus classique de deux ans de formation pour les  élèves officiers dans les locaux situés, à cette époque, sur le plateau de Laninon, à Brest/Saint-Pierre-Quilbignon, et embarque ensuite, tour à tour, sur le croiseur cuirassé "Edgar Quinet", le cuirassé "Provence" et le croiseur "Colbert", ces trois bâtiments apportant leur concours  à l’Ecole d’application des enseignes de vaisseau.

En 1930, à l’issue de cette période de formation d’officier, l’enseigne de vaisseau de 1ère classe Martin est affecté sur l’aviso "Aldébaran" stationnaire à Fort-de-France, puis, deux ans plus tard, sur le torpilleur "Simoun" de la 1ère escadre, basée à Toulon, où il restera peu de temps, car est venu le moment, pour lui, de s’orienter vers une spécialité. Gilbert opte d’abord pour celle de fusilier marin : il suit les cours correspondants à Lorient et sort de l’école avec le certificat d’officier fusilier, le 23 août 1933.
L’année suivante, il est désigné pour l’"Aigle" de  la 7ème division légère de contre-torpilleurs de Toulon, mais deux ans plus tard, en 1936, il rejoint le porte-avions "Béarn" qui opère aussi en Méditerranée, et se prend de passion pour l’aviation. Volontaire pour suivre une formation de pilote, et après plusieurs stages effectués dans l’armée de l’air, à Versailles, Villacoublay et Avord, il obtient, durant l’année 1937,  les  brevets d’observateur aérien, de pilote d’aviation, et enfin, après un complément à la BAN (Base aéronavale) d’Hourtin, celui de pilote d’hydravion.

En 1938, il est pleinement opérationnel quand il rallie la BAN de Fréjus/Saint-Raphaël qui accueille l’escadrille d’exploration E5.comprenant des hydravions de reconnaissance Breguet 521"Bizerte".
En 1939, il embarque sur le croiseur "Emile Bertin", basé à Brest, qui, à cette date, est équipé d’une catapulte et de deux hydravions d’observation "Gourdou-Leseure". Le bâtiment  est intégré à la Force X qui patrouille en Atlantique, principalement dans la zone des Îles Canaries, jusqu’en février 1940. Mais, le 5 avril de la même année, il reçoit l’ordre de quitter Brest pour se rendre en Mer du Nord. Après un bref séjour en Ecosse (Scapa Flow et Greenock), l’"Emile Bertin", qui opère désormais avec la Home Fleet britannique, participe à l’escorte du premier convoi de troupes à destination de la Norvège. Les bâtiments sont harcelés par la Luftwaffe, et, le 19 avril 1940, alors que le croiseur se trouve dans le Foldenfjord, au nord de Namsos, il est attaqué par un bombardier allemand qui largue sur lui deux bombes de 500 kg : l’une atteint son but et traverse les ponts de part en part. Par chance, elle n’explose pas, mais cause de nombreux dégâts qui impliquent un retour à Brest pour effectuer les réparations indispensables.

Pour son attitude exemplaire durant ces attaques aériennes, et par décision du 30 août 1940, le lieutenant de vaisseau Martin reçoit la citation suivante à l’ordre du régiment :
 "A fait preuve comme chef de veille sur la passerelle des plus belles qualités militaires au cours des opérations en mer du Nord, et en particulier les 9, 10 et 19 avril 1940 sous les bombardements aériens ennemis (expédition de Norvège)".

Une fois ses avaries traitées, l’"Emile Bertin", sur lequel se trouve toujours le lieutenant de vaisseau Martin, quitte Brest, le 21 mai 1940, et, en compagnie du croiseur "Jeanne d’Arc", gagne Halifax (Canada) avec une partie de l’or de la banque de France destiné à l’achat de matériels militaires aux U.S.A., ce pays étant encore neutre au début du conflit. Rejoints peu après par le "Béarn",  chargé de réceptionner des avions, les bâtiments sont en Nouvelle-Ecosse le 18 juin 1940, au moment où, de l’autre côté de l’Atlantique, tous les navires disponibles de la flotte basée à Brest appareillent pour ne pas tomber entre les mains des Allemands. Le groupe de l’"Emile Bertin" reçoit l’ordre de gagner la Martinique au plus vite, l’attitude, cette fois, des britanniques laissant à penser qu’ils pourraient avoir l’intention de prendre le contrôle des  navires de guerre français. Après avoir échappé à la surveillance du croiseur britannique "Devonshire" chargé de le pister, l’"Emile Bertin" arrive à Fort-de-France le 24 juin 1940, au lendemain de l’armistice.

Les circonstances feront que le croiseur français restera aux Antilles jusqu’en juillet 1943, mais dès 1942, Gilbert Martin, lui, rallie la BAN Lartigue située à Tafaraoui, à 25km au sud-est d’Oran (Algérie), où il prend les fonctions de chef des services aériens.
Le 23 octobre 1942, en fin de matinée, il prend passage, pour un vol d’entraînement, sur un bombardier Lioré et Olivier 45 de l’escadrille 6B, formation constituée à partir d’appareils de l’escadrille AB2, qui, ne pouvant plus faire partie de la flottille du porte-avions "Béarn", a été reconvertie en formation "terrestre" de bombardement. Le vol comporte des passages à très basse altitude au voisinage de la base, et, lors d’une  passe, une aile de l’appareil touche la volée d’un canon de défense antiaérienne du site. L’avion, déséquilibré, bascule et s’écrase, entraînant dans la mort les six membres de l’équipage.

Par ordre n°218 SC/2 du 5 mai 1944, le lieutenant de vaisseau Gilbert Martin a reçu la citation suivante à l’ordre du régiment :
"A trouvé une mort glorieuse le 23 octobre 1942 en service aérien commandé à Lartigue".

Son corps est inhumé au cimetière marin de Mers-el-Kébir (rang G, tombe 15 - initialement tombe 410).
Son nom est gravé sur l’Aérostèle  érigée sur la colline de Costebelle qui domine la base de Hyères-Le Palyvestre (83) ainsi que sur le Mémorial de l’aéronautique navale du Cap de la Chèvre (29).