Frédéric Martel est docteur en sciences sociales et il est titulaire de quatre diplômes d'études approfondies (ou master 2 Recherches) en sciences sociales, philosophie, droit public et science politique. Il a été successivement chef du bureau du livre à l’ambassade de France en Roumanie (1990-1992), chargé de mission au département des affaires internationales du ministère de la Culture (1992-1993), collaborateur de l’ancien Premier ministre Michel Rocard (1993-1994), puis rédacteur en chef de la revue intellectuelle de la CFDT (1995-1997, auprès de Nicole Notat). Il fut ensuite conseiller au cabinet de la ministre de l’Emploi et de la Solidarité, Martine Aubry (1997-2000), chercheur à l'EHESS et conseiller du président de l’EHESS, Jacques Revel (2000-2001), et plus récemment attaché culturel à l'ambassade de France aux États-Unis (2001-2005).
Engagé en politique dès l'université (il a été le représentant de la faculté d'Avignon à la coordination étudiante de Paris lors de la mobilisation contre le Projet de loi Devaquet en novembre-décembre 1986), il fut membre des Clubs Forum aux côtés de Manuel Valls, qui présidait ce club, et Benoit Hamon, puis membre de l'Unef-ID (proche du PS) et du Mouvement des jeunes socialistes (jusqu'en 1994). Lui-même se revendique comme appartenant à la deuxième gauche (il a travaillé avec Michel Rocard). Il a publié plusieurs enquêtes sur Nicolas Sarkozy et révélé un scandale lié à la fondation de Carla Bruni pour Marianne et pour L'Express. Cette enquête a suscité de nombreux articles et a été reprise à la « Une » du Monde après que le directeur exécutif d'une des principales agences de l'ONU ne démissionne. Le blogueur du « Plus » Christophe Caron le décrit alors comme l'un « des journalistes de gauche les plus virulents, notamment envers Carla Bruni ». Cette enquête a également été confirmée depuis, en 2015, par les archives et les révélations de la secrétaire d'État américaine, Hillary Clinton.
Martel a collaboré à différents journaux et revues (Le Magazine littéraire, Marianne, L’Express, Dissent, The Nation, Haaretz, Esprit, etc.). Il a été visiting scholar à l'université Harvard et à l'Université de New York et a enseigné à l'institut d'études politiques de Paris et au MBA d'HEC. Chercheur associé à l'Institut national de l'audiovisuel (INA) en 2009-2010, il y a fondé, en octobre 2010, le site inaglobal.fr, web-revue des industries créatives et des médias. Il est enfin le fondateur du portail des livres et des idées, nonfiction.fr, site qu'il a fondé en octobre 2007 et dirigé jusqu'en décembre 2015.
Il est aujourd'hui producteur/animateur à France Culture de l'émission Soft Power, magazine des industries créatives et des internets, anciennement Masse Critique, le magazine des industries créatives, en direct tous les dimanches de {{heure}} à {{heure}} (depuis 2006).
Comme chercheur, enfin, Frédéric Martel a été directeur de recherches à l'Institut de relations internationales et stratégiques (IRIS, Paris) en 2012-2014, chargé d'une mission au ministère de la Culture en 2013, et il est actuellement senior researcher fellow à l'Université des Arts de Zurich (ZHdK).