Politische Gemeinde des Kantons Zürich, Bezirk Andelfingen. Haufendorf mit markanten Fachwerkbauten im Zürcher Weinland zwischen Thur und Rhein. Zur Gemeinde zählen auch Ellikon am Rhein, die Weiler Niedermarthalen und Radhof. 858 Martella. 1464 27 Haushaltungen (ohne Ellikon); 1649 862 Einwohner; 1771 1012; 1850 1401; 1900 1164; 1920 1296; 1950 1215; 1980 1259; 2000 1803.
Siedlungsfunde aus der späten Latènezeit im Steinacker sowie einer römischen Niederlassung im Niederwil. 858 vergabte Wolvene dem Kloster Rheinau seine Besitzungen in Marthalen und benachbarten Orten. In der Folge baute das Kloster eine weitgehend geschlossene Grundherrschaft auf und blieb bestimmend für die dörflichen Belange, bis sich die Marthaler 1754 in einem sensationellen Schritt unter Führung des initiativen Untervogts Hans Jacob Wipf für 30'000 Gulden freikaufen konnten. Die Vogtei lag als Rheinauer Lehen nach mehreren Wechseln ab 1408 bei Schaffhauser Patriziern. Die hohen Gerichte gehörten ursprünglich zur Landgrafschaft Thurgau, anschliessend zur Grafschaft Kyburg. Mit dieser kam Marthalen 1424 ein erstes Mal pfandweise, 1452 endgültig an Zürich. Die 1126 geweihte Kapelle (Patrone Gallus und Antoninus) stand im Filialverhältnis zur Rheinauer Bergkirche. In der Reformationszeit stellte sich die Gemeinde vehement auf die Seite der Glaubenserneuerung und erreichte 1525 die Erhebung zur Pfarrei. 1606 Neubau des Chors, 1660 Erweiterung des Kirchenschiffs, 1975-1977 Renovation mit neuem Dachreiter und Gussglasfenstern.
Neben dem dominierenden Getreidebau und Reben (1771 1528 bzw. 224 Jucharten) verfügten die Bauern über Wässerwiesen mit einem Kanalsystem, das bis in die 1950er Jahre erhalten blieb. Anregungen zu agrarischen Neuerungen im 18. Jahrhundert gingen vom Musterbauern Hans Jacob Toggenburger aus, der mit der Ökonomischen Kommission der Physikalischen Gesellschaft in Zürich korrespondierte, Statistiken und Berichte erstellte, Versuche mit Wiesenklee (1766) durchführte und eine regionale landwirtschaftliche Gesellschaft ins Leben rief und leitete. Aus der 1876 gegründeten Käserei-Gesellschaft entstand die Milch-Genossenschaft, aus dem 1885 gegründeten Gemeindeverein die landwirtschaftliche Genossenschaft. Im Rahmen der Melioration von 1928 wurden zwei Hofsiedlungen angelegt. 1992 verfügten 60 Betriebe über 730 ha Nutzfläche: unter anderem 330 ha Getreide, 135 ha Wiesen, je 85 ha Kartoffeln und Zuckerrüben, 50 ha Mais, 2 ha Reben. 1725 gewährte Zürich Marthalen das Marktrecht, was einen Aufschwung des Gewerbes brachte (Färbereien, Gerbereien, Büchsenschmied, Kupferschmied). Erste industrielle Unternehmen waren eine Pferdehaarspinnerei (1843) und eine chemische Fabrik für Kunstdünger (1860) bei der Station der 1857 eröffneten Rheinfallbahn Winterthur-Schaffhausen; 1920 folgte eine Leichtmetallgiesserei. Ab den 1960er Jahren wurde der Kiesabbau im Gebiet Niederwiesen intensiviert. Von regionaler Bedeutung sind das Oberstufenschulhaus (Bau 1959), das Alters- und Pflegeheim für sechs Verbandsgemeinden (1987) sowie die Landesprodukte-Zentrale des Volg (1990).