Au cours de la saison 2016-2017, Martin O'Donnell atteint à trois reprises le stade des seizièmes de finale en tournois classés, au Masters de Riga, à l'Open de Gibraltar et à l'Open de Chine. C'est également en 2017 qu'il remporte sa première victoire sur le circuit professionnel lors de l'Open d'Italie, s'imposant sur le joueur suisse Alexander Ursenbacher en finale.