George Raymond Richard Martin grandit dans un milieu modeste, avec un père docker. Il a deux sœurs cadettes, Darleen et Janet. Au lycée, il développe un intérêt pour les comics, et notamment les histoires de super-héros de Marvel. Il écrit des fanfiction et remporte en 1965 un {{lang}}, récompenses consacrées aux comics, de la meilleure fanfiction pour son histoire Powerman vs. the Blue Barrier. En 1971, il sort diplômé en journalisme de l'université Northwestern mais, après être retourné dans sa ville natale, il ne peut y trouver un emploi de journaliste et passe l'été à écrire des nouvelles, se découvrant une vocation d'écrivain.
Objecteur de conscience, il accomplit au lieu de partir au Viêt Nam deux ans de volontariat dans le cadre du programme de la guerre contre la pauvreté entre 1972 et 1974. Entre 1973 et 1976, il est superviseur de tournois d'échecs, puis professeur de journalisme à la Clarke University de Dubuque de 1976 à 1978. Dans le même temps, il écrit des nouvelles de science-fiction qui lui valent une certaine reconnaissance. Il remporte en 1975 le prix Hugo du meilleur roman court pour Chanson pour Lya. En 1975, il se marie avec Gale Burnick mais le couple divorce en 1979. La même année, Martin devient écrivain à plein temps. En 1980, il remporte le prix Hugo, le prix Locus et le prix Nebula pour sa nouvelle Les Rois des sables. Outre ses nombreux récits de science-fiction, Martin aborde aussi le genre de l'horreur avec ses romans Riverdream (1982) et Armageddon Rag (1983).
Au milieu des années 1980, il travaille pour la télévision comme scénariste pour les séries télévisées La Cinquième Dimension et La Belle et la Bête, participant aussi à la production de cette dernière série. Une de ses nouvelles, Le Volcryn, est adaptée au cinéma avec le film Nightflyers en 1987. Parallèlement à ces travaux, il entame dès 1987 un travail d'éditeur avec une série nommée Wild Cards et composée de recueils de nouvelles et de romans de science-fiction mettant en œuvre des super-héros.
Au début des années 1990, las de voir son imagination restreinte par les limitations imposées par le format télévisé, il revient à l'écriture en entamant le cycle de fantasy Le Trône de Fer ({{lang}}){{,}}. Le premier volume, A Game of Thrones est publié en 1996. Il est assez rapidement suivi de A Clash of Kings (1999) et A Storm of Swords (2001). Ces trois romans remportent le prix Locus du meilleur roman de fantasy et la saga connaît un succès commercial grandissant. Martin connaît ensuite des difficultés pour écrire les volumes suivants, A Feast for Crows et A Dance with Dragons, qui sortent respectivement en 2005 et 2011 et se classent tous les deux à la première place de la liste des bestsellers du New York Times. A Dance with Dragons reçoit le prix Locus du meilleur roman de fantasy.
En janvier 2007, la chaîne de télévision HBO acquiert les droits d'adaptation du Trône de fer dans l'intention d'en faire une série télévisée. Le pilote est tourné à la fin 2009 et la série commence à être diffusée en avril 2011. Martin participe à sa production et écrit le scénario d'un épisode par saison.
Martin vit désormais à Santa Fe, où il possède un cinéma, et s'est marié le {{Date}} avec Parris McBride, sa compagne depuis les années 1980.