Descendiente de una acaudalada familia que le pudo brindar una esmerada educación, Martín Miguel de Güemes cursó estudios en el Colegio de San Carlos de Buenos Aires. Desde la adolescencia manifestó una clara vocación militar y desde los catorce años sirvió en el regimiento de infantería de su ciudad natal. Participó luego en la defensa del Río de la Plata contra la invasión inglesa. Santiago Liniers le nombró en 1807 su ayudante y teniente de su escolta de granaderos.

Al morir su padre en 1808 regresó a Salta para hacerse cargo del patrimonio familiar. Abrazó luego el movimiento independentista de 1810 y formó un grupo de caballería con el que se situó en Humahuaca, con objeto de interponer una fuerza patriota entre las filas realistas del Alto Perú y del Río de la Plata. Combatió en las batallas de Cotagaita y Suipacha, pero tuvo divergencias con Juan José Castelli y volvió a Salta.
Tras la derrota de Guaqui en 1811, protegió la retirada de Juan Martín de Pueyrredón, lo que le valió alguna popularidad. Manuel Belgrano, que sería luego su amigo, le mandó a Buenos Aires. Asistió al cerco de Montevideo hasta fines de 1813 y ascendió a teniente coronel. Entonces fue enviado con una expedición en socorro del ejército del norte, derrotado por Joaquín de la Pezuela en 1813. Volvió a Salta y reclutó campesinos con los que formó un ejército. En enero de 1814 el general realista Ramírez de Orozco ocupó Jujuy, pero Güemes llegó hasta allí y logró contener el avance, regresando los españoles nuevamente al Alto Perú en agosto del mismo año.

Güemes fue elegido gobernador de Salta en 1815 y realizó entonces una reorganización defensiva del territorio. Declaró a toda la población en Asamblea y adoptó como tipo de organización militar las partidas guerrilleras: cada veinte o treinta vecinos constituían una partida a cargo de un oficial, que dirigía los ejercicios militares. Sus unidades más efectivas eran las de caballería, compuestas por auténticos gauchos. Eran grupos armados que se movían continuamente a caballo, sin apearse apenas, y que resultaron formidables para romper y destrozar las fuerzas realistas, compuestas fundamentalmente de infantería e integradas por indios. La caballería de Güemes practicaba la guerra de guerrillas con contundente eficacia. Los gauchos salteños lograron evitar varias veces que las tropas realistas avanzaran desde el Alto Perú hacia la región rioplatense.
Mientras tanto, José Rondeau había fracasado en la tercera incursión argentina al Alto Perú. Tras la derrota de Viluma (1815) y, sobre todo, después de la de Sipe (28 de noviembre de 1815), los españoles se lanzaron de nuevo a la conquista del Río de la Plata. El virrey Joaquín de la Pezuela había delegado el mando en José de la Serna, que recibió la orden de invasión en un momento muy favorable para la restauración del poderío español en toda América. La situación para las tropas patriotas era dramática y Buenos Aires temió una catástrofe.
Fue entonces cuando Güemes realizó su mejor actuación militar, defendiendo la frontera frente los realistas con sus gauchos, mientras José de San Martín preparaba en el oeste el Ejército Libertador. José Rondeau quiso sustituir a Güemes y ocupó Salta, pero el caudillo salteño le sitió en marzo de 1816, llegando ambos jefes a un acuerdo. Güemes siguió resistiendo a los españoles en la frontera, sobre todo después de que Pueyrredón ordenara la retirada de las tropas porteñas de Tucumán. En noviembre de 1816 se produjo la esperada invasión realista. Olañeta ocupó Jujuy en enero de 1817 y José Canterac en 1819, pero sin poder penetrar al interior. Güemes siguió con su guerra defensiva y fue nombrado por San Martín jefe del ejército de observación del Perú.
Los jefes políticos y militares argentinos entraron posteriormente en muchas divergencias y Güemes tuvo que enfrentarse con el gobernador de Tucumán, venciéndole en 1821. Luego llegaron nuevamente los realistas, dirigidos ahora por Guillermo Marquegui, cuñado de Olañeta, que ocuparon otra vez Jujuy, aunque tuvieron que rendirse más tarde. Ocurrieron entonces algunos desórdenes en Salta, debidos al descontento producido por la presión fiscal impuesta por Güemes. Olañeta quiso aprovecharla, enviando allí al general José María Valdés, que tomó Salta el 7 de junio de 1821. En el combate resultó herido Güemes, que murió diez días después como consecuencia de la herida en la Cañada de la Horqueta, adonde se había retirado. Los patriotas recuperaron Salta en julio siguiente.