Efter att tidigare ha tävlat med andra bilar grundade Robert Bamford och Lionel Martin 1913 bolaget Bamford & Martin för att bygga egna bilar, istället för att vara återförsäljare för Singer. Den första bilen Coal Scuttle med Coventry Simplex motor i ett Isotta Fraschini chassi konstruerades 1915, och sedan dröjde den andra bilen på grund av första världskriget ända till 1920. Samtidigt lämnade Bamford bolaget på grund av ointresse.
Man hittade också en finansiär, greve Louis Zborowski, en förmögen brittisk racerförare med polsk far och amerikansk mor, som drev på satsningen. Stallet debuterade 1922 och samma år slog man världsrekord på Brooklands. Man ställde även upp med två bilar i Frankrikes GP med Zborowski i den ena bilen. Även 1923 var Aston Martin framgångsrika i en mängd tävlingar, men 1924 omkom tyvärr Zborowski på Monza.
När Zborowski var borta lämnade även Lionel Martin bolaget 1925, vilket övertogs av Augustus Bertelli som döpte om bolaget till Aston Martin. Namnet Aston togs från ett backlopp där man tidigare varit framgångsrika. Han satsade huvudsakligen på 'voiturette'-racing med 1.5-liters tävlingsvagnar med framgångar i Mille Miglia, Le Mans och Spa. Men även på GP-racing, dock utan några större framgångar.
Den ekonomiska lågkonjunkturen ledde till att Sir Arthur Sutherland 1931 övertog ägandet och satte sonen Gordon Sutherlund som ledare. Man hade vissa framgångar med Aston Martin Ulster. Innan och under andra världskriget arbetade man på en prototyp kallad Atom. Konceptbilen premiärvisades 1940, men företaget hade inga resurser att sätta bilen i produktion.
Efter andra världskriget tog David Brown över företaget 1947. Han slog samman företaget med det uppköpta Lagonda och bildade Aston Martin Lagonda Ltd. Brown satsade helhjärtat på racing. 1948 vann man Spa 24-Hours och framgångarna fortsatte tills Roy Salvadori och Carroll Shelby kom etta och tvåa på Le Mans 24-Hours 1959.
Under 1950-talet var Aston Martin det största engelska märket inom sportsbilracing efter Jaguar. Man började tävla med enkelsitsare baserad på DB3 i formelracing och 1959 ställde man upp med DBR4/250 i F1. Tyvärr var dess konstruktion med frontmotor föråldrad och framgångarna sparsamma. Efter ännu ett misslyckat försök 1960 drog man sig ur F1 i slutet på året.
Ingenjören Tadeusz Marek anslöt till Aston Martin och utvecklade flera framgångsrika motorer, bland annat den raka sexan för racingbilen Aston Martin DBR2 (1956) och V8-motorn (1968). Företaget fortsatte att blomstra med sportbilarna DB4, DB5 och DB6 och uppnådde kultstatus under 1960-talet mha James Bond och Beatles. 1968 adlades David Brown för sina framgångar.
1972 sålde Sir David Brown företaget till Company Developments under ledning av William Willson. Aston Martin drabbades dock hårt av oljekrisen och företaget gick i konkurs 1974. Produktionen låg nere ett drygt år. 1975 såldes verksamheten till affärsmännen Peter Sprague och George Minden, som lyckades få företaget på fötter med ett moderniserat modellprogram med modeller som Lagonda (1976), V8 Vantage (1977) och Volante (1978).
1980 var det åter kris på grund av lågkonjunktur och antalet tillverkade Aston Martin hade gått ner till 150 per år. Ägarna övervägde att lägga ner produktionen, men istället blev Victor Gauntlett ny chef och delägare tillsammans med Tim Hearley och hans bolag CH Industrials. 1981 följde ett komplett övertagande av företaget av Gauntlett och Hearley. 1982 var företagets årsproduktion nere i 30 - det lägsta någonsin.
Företaget var i stort behov av kapital och 1987 gick Ford in, först som delägare, och senare köpte man hela verksamheten. 1988 följde den första nya modellen på 10 år då Virage lanserades. 1993 följde Aston Martin DB7, formgiven av Ian Callum, som togs fram med hjälp av Fords resurser och blev en nystart. 1995 slogs försäljningsrekordet då 700 fordon tillverkades under ett år.
2000 blev Ulrich Bez ny chef. Han satsade på en ny modellstrategi med olika moduler som skapade ett stort utbud av olika varianter utifrån VH-plattformen. Bez satte också fokus på kvalitet. Under hans ledning skedde en stark tillväxt där antalet nya modeller ökade och inte minst antalet tillverkade fordon. Under en tioårsperiod tillverkades 50 000 Aston Martin – tre gånger fler än vad som hade tillverkats från starten 1913 och fram till 2000.
På grund av den finansiella krisen 2007 fick Ford ekonomiska problem och såldes Aston Martin till David Richards och de Kuwait-baserade investmentbolagen Investment Dar och Adeem Investment. 2013 inleddes ett tekniskt partnerskap med Mercedes-Benz som även gick in som delägare. Aston Martins bilar fick nu motorer från Mercedes-AMG och även andra komponenter och tekniska system.
2020 gick ett konsortium under ledning av Lawrence Stroll in i bolaget och Stroll utsågs till Executive Chairman, som med framgång satsar på F1. Även Zhejiang Geely Holding Group som bland annat äger Volvo och Lotus Cars är delägare i Aston Martin med 17 procent. Aston Martin har expanderat vidare med nya modeller, bland annat en ny Lagonda och företagets första SUV.