Tras actuar en Hannover, Lübeck y Mannheim, Martell pasó 15 años en el Düsseldorfer Schauspielhaus.
Después trabajó principalmente en teatros itinerantes, y por vez primera en 1971 en la obra de Siegfried Lenz Die Augenbinde, junto a su suegro Ewald Balser.
Otras obras en las que actuó fueron Unsere kleine Stadt (1998, de Thornton Wilder) y Die Liebe in Madagaskar (2000, de Peter Turrini).
[6] Sin embargo, Karl-Heinz Martell trabajó poco en la televisión, aunque sí actuó frecuentemente en producciones radiofónicas.
Entre otras emisiones, pudo ser escuchado en 1962 en Fußgänger der Luft (de Eugène Ionesco), y en 1963 en Medea (de Eurípides), en ambos casos escenificaciones del Düsseldorfer Schauspielhauses.