Im Jahr 1970 gelang ihm sein erster professioneller Verkauf einer Kurzgeschichte namens ‚The Hero‘. Diese wurde ein Jahr später im Magazin ‚Galaxy‘ veröffentlicht. In der Science-Fiction-Szene war Martin wegen seinen meist melancholischen, aber stets originellen Geschichten schnell berühmt geworden. Wichtige Werke aus dieser Zeit sind ‚With Morning Comes Mistfall‘ oder ‚A Song for Lya‘. Für Letzteres wurde ihm ein ‚Hugo‘ (kurz für: ‚Science Fiction Achievement Award‘) verliehen, der wichtigste Preis in der Science-Fiction-Literaturszene.

Im Jahr 1986, nach der Veröffentlichung Martins erster Romane, wird er Drehbuchautor der ‚Twilight Zone‘ bei CBS Television. Ein Jahr später schreibt er die Drehbücher für die sehr erfolgreiche Sendung ‚Die Schöne und das Biest‘, ab 1988 ist er auch Produzent dieses Formats. George R. R. Martin arbeitet an einigen Drehbüchern zusammen mit Howard Gordon und Alex Gansa. Von 1987 bis 1993 war er Herausgeber und Co-Autor der ‚Wild Cards‘-Bücher. Diese sind eine ‚Shared-World-Serie‘ von verschiedenen Schriftstellern, die das Genre der Superhelden bedienen. Seit den 1990er-Jahren arbeitet er wieder als freischaffender Schriftsteller.

1996 erschien das wohl weltweit bekannteste Werk von ihm: Der Fantasy-Epos ‚Das Lied von Eis und Feuer‘. Im Jahr 2011 kam das fünfte Buch der Reihe heraus und kletterte auf Platz eins der Bestsellerliste der ‚New York Times‘ und des ‚Wall Street Journals‘. Seit 2011 produziert der Fernsehsender HBO die Fernsehserie ‚Game of Thrones‘ basierend auf Martins Epos. In Deutschland hat der Sender RTL 2 die Free-TV-Rechte an der Serie erworben und strahlt sie seit Herbst 2012 aus.