Agnes Martin nasce nel 1912 a Maklin, Saskatchewan, in Canada, ma cresce a Vancouver. Nel 1932 si trasferisce negli Stati Uniti, negli stati di Washington e dell'Oregon, fino al 1940. Studia al Western Washington State College, Bellingham, e alla University of New Mexico, Albuquerque. Prosegue quindi gli studi alla Columbia University, New York, e inizia la sua lunga attività di insegnamento in numerose scuole pubbliche. Nel 1950 diventa cittadina degli Stati Uniti.

Tra gli anni '40 e i primi anni del decennio successivo abita e insegna saltuariamente a New York, dove si trasferisce nel 1957, e qui tra gli amici si annoverano Robert Indiana, Ellsworth Kelly, Jack Youngerman. La sua prima personale si tiene alla Betty Parsons Gallery, New York, nel 1958. Con la fine di questo decennio abbandona gli acquerelli e i paesaggi figurativi, i dipinti surrealisti a olio, gli oggetti tridimensionali, in favore di un'astrazione di grandi semplificazioni. Queste opere mature (riconoscibili dal formato quadrato, dalle griglie o linee disegnate sulla tela, dal monocromo con leggere sfumature) esercitano un'enorme influenza sulla generazione di artisti più giovani. Nel 1966 il Museo Solomon R. Guggenheim di New York la inserisce, a rappresentare il Minimalismo newyorkese, nella mostra "Systemic Painting".

Lasciata New York nel 1967, si trasferisce a Cuba, New Mexico, e smette di dipingere per ben sette anni. Riprende nel 1974 con opere dai toni vivaci che sostituiscono i precedenti toni naturali. Inizia a esporre con regolarità. Tra le mostre itineranti si ricordano quelle organizzate dall'Institute of Contemporary Art della University of Pennsylvania di Philadelphia (1973), dalla Hayward Gallery di Londra (1977), dallo Stedelijk Museum di Amsterdam (1991), dal Whitney Museum of American Art di New York (1993), e da Dia Beacon, a Beacon, New York (2004). I suoi scritti sono pubblicati in occasione della mostra del 1992 al Kunstmuseum Winterthur, in Svizzera, e poi ancora nel 2005. Tra i premi a lei assegnati l'Oskar Kokoschka Prize (1992), il Leone d'oro alla Biennale di Venezia (1997), la National Medal of Arts from the Office of the President (1998). Martin muore a Taos, New Mexico, nel 2004.