Efter studentexamen i Halmstad påbörjade Martin Holmdahl sina medicinstudier i Uppsala 1942, avlade sin med lic-examen 1950. Han disputerade såsom fysiolog 1956 på en epokgörande avhandling om lungventilation och syrgasupptag/koldioxidelimination under narkos utan aktiva andningsrörelser, kallad apnoisk oxygenering och blev samma år docent i fysiologi.
Som ett resultat av ett narkosdödsfall 1947 hade universitetets och Akademiska sjukhusets kirurgiprofessor Olle Hultén övertalat Martin Holmdahl att ikläda sig ansvar för narkosgivningen på Akademiska sjukhuset. Från och med år 1953 övertog Martin Holmdahl formellt detta ansvar, som tidigare åvilat kirurgerna. Från och med juli 1956 organiserades denna verksamhet inom en särskild anestesiklinik under Martin Holmdahls ledning som sedan successivt utvecklades till en modern universitetsklinik/universitetsinstitution med fullt ansvar för sjukvård, forskning och undervisning.
Med början vid polioepidemin 1953 infördes också respiratorvård, en behandlingsform som sedan successivt utvecklades till det som kom att kallas intensivvård, Martin Holmdal bidrog med sina ventilationskunskaper. Martin Holmdahl utnämndes till professor i anestesiologi 1965. Under hans långa ledning av institutionen disputerade ca 35 doktorander.
Hans vetenskapliga insats finns dokumenterad i mer än 200 vetenskapliga publikationer, huvudsakligen inom områdena respirationsfysiologi, regional anestesi, hjärt-lungräddning och patient-kontrollerad analgesi förutom kulturella artiklar om stadens vetenskapshistoria och, inte att förglömma, mänskliga rättigheter som han redan i tidiga år tagit mycket bestämda initiativ för.
Hans livsgärning är väl dokumenterat i hans självbiografi ”Mitt liv i medicinens och universitetets tjänst” (2009). Uppsala universitetet hedrade honom med att instifta ett stipendium i hans namn för främjande av mänskliga fri- och rättigheter. Martin Holmdahl blev hedersmedlem i flera internationella vetenskapliga sällskap, däribland Royal Collage of Anaesthetists.
Martin Holmdahl förblev universitetets tjänare som professor, dekan, prorektor och Rector magnificus intill sin övergång till emeritus-status, liksom därefter.
Svensk anestesiologi har med Martin H:son Holmdahl bortgång mist ytterligare en av sina pionjärer. Hans mycket säkra omdöme. kreativitet och initiativkraft såsom vetenskapsman vid den medicinska fakulteten i vårt universitet, liksom hans intresse för mänskliga fri- och rättigheter, gör att han lämnar ett stort tomrum efter sig. Hans person karaktäriserades av starkt engagemang i allt han företog sig, och med stor omtanke om människor i hans närhet. Vi, några av hans vetenskapliga lärjungar, sänder i tacksamhet vårt deltagande till hans barn och deras familjer för att vi under många år fick arbeta tillsammans med Martin H:son Holmdahl.