Christoph Marthaler est né en 1951 à Erlenbach, sur les berges du lac de Zurich.

Musicien de formation (hautbois, flûte à bec, divers instruments anciens du XIVe au XVIIIe siècle), il intègre un orchestre comme hautboïste. Ses premiers contacts avec le monde du théâtre se font par la musique : dix ans durant, Marthaler compose des musiques pour des metteurs en scène, à Hambourg, Munich, Zurich et Bonn. Il passe deux années dans le Paris effervescent de l'après-mai 68. C'est là qu'il se rapproche du théâtre et qu'il suit l'enseignement de Jacques Lecoq.

À la fin des années soixante-dix il monte, au Neumarkt de Zurich, son premier «spectacle musical». Mais ce n'est qu'en 1980 qu'il réalise son premier grand projet Indeed, un spectacle pour comédiens et musiciens. En marge de la célèbre exposition de Zurich «Der Hang zum Gesamtkunstwerk» (le penchant vers l'oeuvre d'art globale) de Harald Szeemann, Marthaler monte une soirée Satie Blanc et immobile pour deux pianos, une chanteuse et quatre comédiens. En 1985 suit un second projet Satie, Vexations, dont l'enregistrement dure 24 heures.

En 1988, il s'établit à Bâle. La même année, dans la gare bâloise Badischer Bahnhof, il réalise un projet sur le cinquantième anniversaire de la Nuit de cristal. En 1989, il crée une «soirée de chansons à soldats», à l'occasion de la «votation» sur la conscription, parodiant en ces termes une tirade de l'hymne national helvétique Quand le cor des alpages se mue, Suisse, tue, tue!!, une oeuvre indéfinissable, entre performance, musique et théâtre. Des soldats suisses assis, quasiment immobiles, entonnent en boucle, au bout d'un quart d'heure Die Nacht ist ohne Ende (La nuit est sans fin).

En 1990, pour le septième centenaire de la Confédération helvétique, Marthaler met en scène Stägeli uf, Stägeli ab, juhee! En 1991, incité par la dramaturge Stefanie Carp,avec laquelle Marthaler n'a cessé de collaborer depuis, il adapte pour la première fois une pièce dont il n'est pas l'auteur, L'Affaire de la rue Lourcine d'Eugène Labiche. Un an plus tard, en première allemande, il condense le gigantesque Faust de Fernando Pessoa, qu'il titre Faust racine carrée 1+2 et qui, depuis, n'a pas quitté la scène à Hambourg. Autre mise en scène, qui n'a rien perdu de son actualité, encore jouée aujourd'hui,Murx den Europäer! Murx ihn! Murx ihn! Murx ihn ab! (Bousille l'Européen...!) jouée en janvier 1993 à la Volksbühne de Berlin avec quelques-uns des comédiens fétiches de Marthaler, dont Ueli Jaeggi, et la troupe de la Volksbühne.

En 2000, Marthaler dirige le Schauspielhaus de Zurich avec la dramaturge Stefanie Carp où il met notamment en scène Was ihr wollt (La Nuit des rois) Shakespeare,Die schöne Müllerin (La Belle Meunière) de Schubert, les projets Hotel Angst (Hôtel peur), In den Alpen (Aux alpes) de Jelinek, une coproduction avec les Kammerspiele de Munich et Dantons Tod (La Mort de Danton) de Büchner.

Il continue à travailler à la Volksbühne où il réalise Die zehn Gebote (Les Dix Commandements) d'après Viviani et Lieber nicht (Plutôt pas)d'après le roman Bartleby de Melville.

En juin 2004, il quitte la direction du Schauspielhaus Zurich et travaillera à nouveau comme metteur en scène libre.

Son spectacle Groundings a été créée en février 2003 au Schauspielhaus Zurich.