Manuel Martín-Lomas se doctoró en Ciencias Químicas por la Universidad de Sevilla en 1967 con una tesis dirigida por Francisco García González y José Manuel Fernández-Bolaños. Entre 1968 y 1970 realizó estudios postdoctorales en la Unidad de Biofísica de Unilever Research en Welwyn (Reino Unido), bajo la supervisión de Dennis Chapman. En 1970 ingresó en el Instituto de Lipoquímica del CSIC y en 1974 se trasladó al Instituto de Química Orgánica General donde permaneció hasta 1996. A lo largo de esos años, y en colaboración con Manuel Bernabé y Soledad Penadés, estableció el Grupo de Carbohidratos que cultivó diferentes temas de química sintética y estructural de hidratos de carbono con una orientación biológica. Fue director del Instituto entre 1983 y 1987, presidente de la Junta de directores del Centro Nacional de Química Orgánica entre 1984 y 1986, coordinador del Área de Química del CSIC entre 1991 y 1992 y vicepresidente del CSIC entre 1992 y 1996.

En 1996 se trasladó a Sevilla donde, en colaboración con Ernesto Carmona, fundó el Instituto de Investigaciones Químicas del Centro de Investigaciones Científicas de la Isla de la Cartuja (CSIC-Universidad de Sevilla).  Allí continuó su labor investigadora que estuvo centrada en la química de los inositofosfoglicanos y su papel en el mecanismo de señalización de la insulina, y en la química de glicosaminoglicanos en relación con el proceso de activación de los factores de crecimiento para fibroblastos. Fue director del Instituto entre 1998 y 2000.

En 2006 se trasladó a San Sebastián donde en colaboración con José María Mato puso en marcha el Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales (CIC Biomagune), un centro de investigación en nanomateriales biofuncionales e imagen molecular patrocinado por el Departamento de Industria del gobierno vasco. Desde entonces su investigación, en colaboración con Soledad Penadés y Niels Reichardt, se ha enfocado en el desarrollo de sondas y dispositivos diseñados para elucidar el papel de los hidratos de carbono en procesos de señalización celular e inmunología. Fue director científico del Centro entre 2006 y 2013. 

Publicaciones representativas

• Martínez-Pardo, M.; García-Montes, P.; Martín-Lomas, M.; Sols, A. Intestinal lactase evaluation with 3-methyllactose. FEBS  Lett. 1979, 98, 99-102. 
• Dietrich, H.; Espinosa, J. F.; Chiara, J. L.; Jiménez-Barbero, J.; León, Y.; Varela-Nieto, I.; Mato, J. M.; Cano, F. H.; Foces-Foces, C.; Martín-Lomas, M. Glycosyl inositol derivatives related to  inositolphosphoglycan mediators: Synthesis, structure and biological activity.  Chem. Eur. J. 1999, 5, 320-336.
• Reichardt, N.; Martín-Lomas, M. A practical solid-phase synthesis of glycosylphosphatidylinositol precursors Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42, 4674-4677. 
• Canales, A.; Angulo,  J.; Ojeda, R.; Bruix, M.; Fayos, R.; Lozano, R.; Giménez-Gallego, G.; Martín-Lomas, M.; Nieto, P. M.; Jiménez-Barbero, J. Conformational flexibility of a synthetic glycosaminoglycan bound to a fibroblast growth factor. FGF-1 recognizes both the 1C4 and the 2SO conformation of a bioactive heparin-like hexasaccharide. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 5778-5779.