Martin Johnsrud Sundby (Oslo, 26 september 1984) is een Noorse langlaufer. Hij vertegenwoordigde zijn vaderland op de Olympische Winterspelen 2010 in Vancouver, op de Olympische Winterspelen 2014 in Sotsji en op de Olympische Winterspelen 2018 in Pyeongchang.
Sundby maakte zijn wereldbekerdebuut in maart 2005 in zijn geboortestad Oslo, in december 2006 scoorde hij in La Clusaz zijn eerste wereldbekerpunten. In december 2007 finishte de Noor in Rybinsk voor de eerste maal in zijn carrière in de top tien van een wereldbekerwedstrijd. In Kuusamo boekte Sundby in november 2008 zijn eerste wereldbekerzege. Op de wereldkampioenschappen langlaufen 2009 in Liberec eindigde de Noor als vierendertigste op de 15 kilometer klassiek. Tijdens de Olympische Winterspelen van 2010 in Vancouver eindigde Sundby als vijftiende op de 50 kilometer klassiek, als achttiende op de 30 kilometer achtervolging en als drieëndertigste op de 15 kilometer vrije stijl. Op de 4x10 kilometer estafette sleepte hij samen met Odd-Bjørn Hjelmeset, Lars Berger en Petter Northug de zilveren medaille in de wacht.