Nata e cresciuta nel Bronx, Darnell Martin si è fatta conoscere dalla Columbia Pictures con il cortometraggio studentesco Suspect, che le ha permesso di essere assunta per dirigere la sua sceneggiatura Così mi piace (I Like It Like That) nel 1994. La Martin è stata la prima donna afroamericana a dirigere un film di un importante studio di Hollywood, che le è valso anche il premio come miglior nuova regista da parte del New York Film Critics Circle. La sua seconda pellicola, Prison Song, con protagonisti Q-Tip e Harrold Perrineau, è uscita nel 2001.
Si è fatta notare come regista di numerose serie televisive, tra cui Homicide: Life on the Street, Oz, E.R. -medici in prima linea (ER), Law and Order: Special Victims Unit, Grey's Anatomy, The L Word e Law and Order: Criminal Intent. Nel 2005, ha realizzato Their Eyes Were Watching God della HBO, con protagonisti Halle Berry e Terrence Howard, mentre tra i produttori figuravano Quincy Jones e Oprah Winfrey.