Martin Bouchard a obtenu les diplômes de B.Ing., M.Sc.A. et Ph.D. en génie électrique de l'Université de Sherbrooke (Sherbrooke, Qc., Canada) en 1993, 1995 et 1997, respectivement. Il a oeuvré au sein d'un groupe d'instrumentation chez Bechtel-Lavalin en 1991 pour la construction de l'aluminerie Lauralco (maintenant Alcoa, Deschambault-Grondines, Qc., Canada), et chez CAE Électronique (Montréal, Qc., Canada) en 1992-1993 pour le développement de code embarqué dans un système visuel de simulateur de vol. De 1993 à 1997, il a travaillé en tant qu'ingénieur de recherche à l'Université de Sherbrooke pour la mise en oeuvre en temps réel de contrôleurs numériques adaptatifs. De 1995 à 1997, il a aussi oeuvré en tant qu'ingénieur de traitement des signaux et chercheur chez SoftdB Inc. (Québec, Qc., Canada), qu'il a co-fondé et qui est toujours en activité aujourd'hui (avec plus de 100 employés).
En janvier 1998, il s'est joint à l'École de sciences informatiques et de génie électrique (anciennement l'École d'ingénierie et des technologies de l'information) de l'Université d'Ottawa (Ottawa, On., Canada), initialement en tant que professeur adjoint puis ensuite en tant que professeur associé (2002) et professeur titulaire (2008). Il fut aussi directeur par intérim de l'École en 2005, coordonateur des programmes de 2e et 3e cycles en génie électrique et génie informatique (2001-2003, 2023-), directeur associé de l'Institut conjoint Ottawa-Carleton pour le génie biomédical 2007-2009, et secrétaire de la Faculté de génie 2007-2010. De juin 2011 à juin 2014, le professeur Bouchard occupa le poste de doyen associé de la Faculté des études supérieures et postdoctorales de l'Université d'Ottawa. De juillet 2018 à juin 2019, il occupa le poste de vice-doyen aux affaires internationales, intérim, à la Faculté de génie de l'Université d'Ottawa. Il est chercheur affilié à l'Institut de recherche Bruyère (Ottawa, On., Canada).
Le professeur Bouchard apparait sur la liste du top 2% mondial des scientifiques selon les indicateurs de citation standardisés par discipline (2023, 2022, 2021, 2020), pour l'ensemble de sa carrière. Il fut le récipiendaire en 2007 du prix John V. Marsh pour l'excellence en enseignement de la Faculté de génie de l'Université d'Ottawa. Au fil des années le professeur Bouchard a effectué des travaux de recherche et de consultation en collaboration avec plus de 25 partenaires privés et gouvernementaux.
Le professeur Bouchard fut membre du comité technique Speech and Language Technical Committee (SLTC, IEEE Signal Processing Society, 2009-2011), éditeur associé pour le journal EURASIP Journal on Audio, Speech and Music Processing (2006-2011), et éditeur associé pour le journal IEEE Transactions on Neural Networks (2008-2009). Il a également contribué en tant que réviseur pour de nombreux journaux et conférences. Il est membre titulaire de l'Ordre des Ingénieurs du Québec (OIQ) et membre senior de l'IEEE.
Le professeur Bouchard a supervisé plus de 60 étudiants aux cycles supérieurs et stagiaires postdoctoraux, et il a publié plus de 45 articles de journaux et plus de 100 articles dans des compte-rendus de conférences. Il est inventeur sur plus de 30 brevets dans différents pays. Ses intérêts de recherche actuels portent sur les méthodes du traitement du signal et de l'apprentissage machine, et leurs applications.