Absolvoval televizní žurnalistiku na Fakultě sociálních věd Univerzity Karlovy v Praze. Martin Dušek také studoval dokumentární tvorbu na FAMU.
Debutoval krátkometrážní akční komedií Mufíme si pomáhat (2003). O režii se Martin Dušek podělil s Tomášem Baldýnským.
Snímky Martina Duška Poustevna, das ist Paradies! (2007), který natočil společně s Ondřejem Provazníkem, a K oblakům vzhlížíme (2014) byly na Mezinárodním festivalu dokumentárních filmů v Jihlavě oceněny jako nejlepší české dokumentární filmy daných ročníků.
Film K oblakům vzhlížíme zvítězil v kategorii Nejlepší dokument také na Cenách české filmové kritiky 2014.
Hned jeho první celovečerní hraný film, road movie Staříci (2019), získal v roce 2020 deset nominací na Českého lva, a to mj. za režii a scénář. Na obojím se Marin Dušek podílel opět s kolegou Ondřejem Provazníkem.
Za režii snímku Staříci získal Martin Dušek spolu s Ondřejem Provazníkem Cenu české filmové kritiky.