Tal y como ocurre en buena parte de la comarca de Cuencas Mineras, el proceso de poblamiento de Martín del Río resulta relativamente tardío. El rigor de las condiciones ambientales y la ausencia de estudios arqueológicos y documentales sistemáticos explican que sea necesario esperar al S.XII para encontrar la primera referencia a la existencia de esta localidad.
Ahora bien, la ausencia de datos no implica, ni mucho menos, que el entorno de Martín del Río quedase deshabitado hasta fechas tan postreras. La presencia de múltiples representaciones de arte rupestre levantino en las cuencas de los ríos Martín y Guadalope nos invitan a pensar que todo el sector occidental de la comarca estuvo recorrido en época Cuaternaria, allá por el 5.000-6.000 a.c., por sociedades paleolíticas de carácter nómada que fundamentaban su subsistencia en la caza y la recolección.
La primera mención histórica a Martín del Río data de 1158, en un documento que cita la población como incluida en el obispado de Zaragoza. Por aquel entonces su denominación era únicamente la de Martín, al menos hasta 1797 fecha en la que se datan los primeros documentos con el actual nombre.
Al menos entre 1309 y 1347, perteneció a la Comunidad de Aldeas de Teruel, concretamente a la sesma del Río Martín. A partir de este momento Martín del Río pasa a integrarse sucesivamente en la sobrecullida de Montalbán (1488-1495), en la vereda de Montalbán y en el corregimiento de Teruel (1711-1833). En este último periodo pasa de ser considerada aldea a lugar, rango que mantiene hasta 1834, año en el que se constituye como Ayuntamiento del partido judicial de Montalbán, al que pertenecerá hasta 1965, momento en el que se integra en el de Calamocha.
Otros núcleos urbanos históricos del término municipal, en la actualidad deshabitados, son: El Molino, Los Pajazos o Los Pojazos, Lavaderos y Palomares. En la década de los 60 se incorpora al término La Rambla de Martín, localidad que en la actualidad cuenta únicamente con un habitante censado.