Camille Martin grandit dans le milieu artistique nancéien. Son père, Jacques, est sculpteur. Dès 1875, Camille est élève à l'école de dessin, où il suit l'enseignement de Théodore Devilly. Il remporte le premier prix du concours de dessin Jacquoten 1881, pour la conception d'une coupe décorative et intègre l'École nationale des Arts Décoratifs de Paris pour trois années d'études. En même temps, il suit les cours libres de l'École des Beaux-Arts où il retrouve son ami Friant.
À partir de 1882, Camille Martin participe à des salons artistiques à Nancy, puis à Paris. La critique remarque son travail et l'État se porte acquéreur de l'un de ses tableaux en 1884. Il collabore à l'exécution de décors peints pour la manufacture Majorelle de Nancy, où il est revenu à la fin de ses études. Camille Martin se consacre alors d'abord à la peinture : le paysage, surtout, avec une prédilection pour les Vosges, et ses forêts, qui le feront surnommer «le peintre populaire des sapins», les scènes de genre, souvent teintées d'une mélancolie latente, et le portrait. Son atelier de la rue Isabey est décrit par Adrien Recouvreur, dans La Lorraine illustrée de 1910 : « Il est le cadre le plus curieux où chaque objet montre les préoccupations du jeune chercheur. [...] Quelques photographies orientales, quelques riches étoffes adroitement chiffonnées, quelques grandes pièces en cuivre d'un travail arabe, de nombreuses choses japonaises, une vieille tapisserie. Des fourrures s'étalent sur le sol, des lanternes bizarres sont suspendues. Des crânes épars roulent et grimacent. L'un de ceux-ci, porté haut sur une lance japonaise, est couvert de la perruque bien connue des clowns de cirque. »
En 1888, l'artiste parcourt l'Égypte. Ce voyage n'introduit pas d'influences durables dans son œuvre, si ce n'est quelques références orientales exploitées plus tard dans des décors émaillés. C'est davantage vers le Japon que l'artiste se tourne pour répondre à ses interrogations artistiques. La présence à Nancy d'un artiste japonais, Hokkai Takashima, venu étudier à l'École forestière, lui offre un accès direct à la connaissance des pratiques graphiques nippones. Les dessins dédicacés offerts mutuellement témoignent de relations étroites, nouées sans doute dans la boutique du relieur René Wiener. Depuis ses débuts, l'artiste nancéien puisait son inspiration dans la nature. Sa rencontre avec l'art japonais lui permet de mêler à sa propre sensibilité la vivacité et la légèreté du trait, le goût de l'instant saisi, et la poésie en toute chose, notions essentielles de l'art japonais. Le point d'orgue de cette assimilation esthétique est sans nul doute la reliure L'Art japonais, pour le tome 2 de l'ouvrage de Louis Gonse.
En 1894, Camille Martin conçoit l'affiche de la première exposition collective de la future École de Nancy aux galeries Poirel. La diversité de ses créations, leur originalité et leur qualité font alors de lui l'un des artistes les plus prometteurs du foyer artistique nancéien. Il est, avec son ami Victor Prouvé, le représentant de la conception moderne de l'artiste touche-à-tout, libéré des contraintes et des conventions d'une discipline et soucieux d'expérimentations et d'aventures esthétiques.
L'hommage que lui rend Goutière-Vernolle dans la Revue populaire des beaux-arts (19 novembre 1898) met l'accent sur la facilité d'adaptation de l'artiste : « Son esprit curieux de toute beauté le poussait à de multiples entreprises : [...] il n'ignorait la technique d'aucun art ; il s'en rendait maître avec une facilité déconcertante. » Dès 1893, son nom est attaché au devenir des arts décoratifs nancéiens aux côtés de Gallé et Majorelle : en collaboration avec Victor Prouvé et René Wiener, il réalise plusieurs reliures présentées à Paris, au Salon de la Société Nationale des Beaux-Arts. L'audace de l'entreprise est une révélation pour les milieux artistiques et critiques parisiens. Dans le domaine du cuir, Camille Martin se révèle audacieux et visionnaire. Outre les reliures somptueuses, il travaille aussi à la création de portefeuilles et sous-mains destinés à l'usage courant. Des commandes importantes en découlent, telles celles de cadeaux officiels pour la visite impériale russe. La même année, Martin remporte avec Prouvé le concours ouvert par la ville de Nancy pour un monument dédié à la victoire de René II sur Charles le Téméraire, place de la Croix de Bourgogne, monument qui ne sera jamais édifié en l'état. Des collaborations avec des manufactures de la région pour des modèles de services de table ou des pièces de verre, disent son intérêt pour l'application de l'art à l'industrie, dont il est un fervent défenseur.
La mort prématurée de Camille Martin en 1898 ainsi que la dispersion de son atelier ne laissent que très peu de traces de son œuvre. En 1899, une exposition posthume rétrospective est organisée par les amis de l'artiste à la salle Poirel. Émile Gallé y achète un bois d'impression ainsi qu'un tirage L'Orée du bois. Il publie à cette occasion un article dédié à Camille Martin dans la revue La Lorraine artiste, repris plus tard dans ses Écrits pour l'art.
