Mārtiņš Zīle bija viens no ievērojamākajiem latviešu internistiem (terapeitiem), LU rektors (1927–1929).

Dzimis lauksaimnieka Bērtuļa Zīles un Annas (dzimusi Grīnberga) ģimenē, bija viņu jaunākais (astotais) bērns. Vecākais brālis – ērģelnieks, skolotājs un I Vispārējo latviešu dziesmu svētku virsdiriģents Indriķis Zīle.

M. Zīle apprecējās Tērbatā (mūsdienās Tartu) 20.08.1890. ar Angeliku Elīzi Margotu Laisu. Dēls Romans Ēriks – zvērināta advokāta palīgs.

M. Zīle mācījās Valkas draudzes skolā, tad Valkas apriņķa skolā un no 1878. gada – Tērbatas guberņas ģimnāzijā (Gouvernements-Gymnasium zu Dorpat), ko pabeidza 1882. gadā. No 18.01.1883. līdz 10.05.1889. studēja medicīnu Tērbatas Universitātē (tagad Tartu Ülikool), iegūstot medicīnas doktora grādu par darbu “Statistika par taisnās zarnas karcinomu” (Ein Beitrag zur Statistik der Rektumcarcinome, 1889).

Bija studentu korporācijas “Lettonia” filistrs.

Pēc ģimnāzijas beigšanas 1882. gadā M. Zīle bija mājskolotājs Aluštā (Krimā). Pēc ārsta grāda iegūšanas strādājis klīnikās Vīnē un Berlīnē. Līdz 11.1889. asistents bērnu slimnīcā Pēterburgā. No 1890. gada praktizējošs ārsts Vīlandē (tagad Viljandi Igaunijā). 1892. gada rudenī strādājis Berlīnes klīnikās, pēc tam ārsts Maskavā. Plaušu slimības dēļ pārcēlies uz Jaltu (Krimā). 11.1896.–06.1897. Sevastopoles cietokšņa kājnieku bataljona jaunākais ārsts (slimības dēļ atvaļināts).

No 1898. līdz 1922. gadam M. Zīle dzīvoja Odesā, kur bija ārsts Odesas Evaņģēliskajā hospitālī (1899–1903), kā arī Odesas Svētā Pāvila reālskolas ārsts (06.1900.–12.1906.). Kolēģijas asesors (1900), galma padomnieks (1905). No 1902. līdz 1908. gadam M. Zīle strādāja Novorosijskas Universitātes (Императорский Новороссийский университет) Medicīnas fakultātes Fizioloģijas institūtā Odesā, bet no 12.1905. līdz 1918. gadam bija privātdocents speciālajā patoloģijā un terapijā. M. Zīle no 1915. līdz 1918. gadam vadīja Farmakoloģijas katedru Odesas Augstākajos sieviešu medicīnas kursos. 05.1918. M. Zīli ievēlēja par Medicīnas fakultātes Vispārējās terapijas katedras vadītāju (štata docents), 1920. gadā – par 2. diagnostikas klīnikas vadītāju (profesors). 02.1922. atbrīvots no amata saistībā ar izbraukšanu uz Latviju.

Pēc atgriešanās Latvijā no 04.1922. līdz 06.1938. M. Zīle bija LU Medicīnas fakultātes Iekšējo slimību katedras profesors un Terapeitiskās klīnikas direktors. No 07.1923. līdz 04.1925. M. Zīle bija LU Medicīnas fakultātes dekāns. Vairākkārt fakultātes pārstāvis LU Padomē. 1927./1928. un 1928./1929. gadā M. Zīle bija LU rektors. No 01.1934. līdz 06.1938. M. Zīle bija LU ārštata profesors.

05.03.1941. kopā ar sievu, vedeklu Kristīni un mazmeitu Irinu izceļoja uz Vāciju.

Upsālas Universitātes (Uppsala universitet) goda doktors (1927), Vīnes Ārstu biedrības (Ärztekammer für Wien) korespondētājbiedrs (1933). Latviešu ārstu biedrības priekšsēdētājs (1923–1929). Latvijas Tuberkulozes apkarošanas biedrības priekšnieks (1923–1924). Darbojies Latviešu-zviedru biedrībā.

M. Zīle pētījis, kas ir dvēsele, slimības jēgu, medicīnas un filozofijas sintēzi, miršanas un nemirstības problēmas. Rakstījis par astmu, arteriosklerozi, stenokardiju, iekšējiem orgāniem un to higiēnu. Grāmata par pēdējo tēmu saņēmusi godalgu izstādē “Higiēna Krievijā” (Odesa, 1912). M. Zīle savas nozīmīgākās monogrāfijas uzrakstīja vācu valodā, un ilgu laiku vienīgā no tām latviski tulkotā bija “Kas ir dvēsele?”, tāpēc viņa oriģinālais pasaules skatījums mūsdienās ir mazpazīstams. 2011. gadā latviski izdots M. Zīles darbs par ārsta pasaules skatījumu un slimības jēgu.

Triju Zvaigžņu ordenis (1928, II šķira), Zviedrijas Ziemeļzvaigznes ordenis (I šķira).

27.08.1992. Rīgā pie ēkas Elizabetes ielā 63, kurā M. Zīle dzīvoja no 1922. līdz 1941. gadam (ar pārtraukumu 12.1938.–08.1940.), atklāta viņa piemiņas plāksne.