Martin Sabrow wurde 1954 in Kiel geboren. Nach dem Abitur studierte er Geschichte, Germanistik und Politologie in Kiel und Marburg/Lahn. Von 1979 bis 1993 unterrichtete er als Studienreferendar und Studienrat die Fächer Deutsch, Geschichte und Politische Weltkunde in Berlin und arbeitete parallel im historischen Ausstellungs- und Museumsbereich.
1993 wurde er an der Universität Freiburg mit einer Dissertation zu politischen Attentaten in der frühen Weimarer Republik promoviert.
Von 1993 bis 2004 war er zunächst wissenschaftlicher Mitarbeiter und dann Projektbereichsleiter am Forschungsschwerpunkt Zeithistorische Studien bzw. Zentrum für Zeithistorische Forschung Potsdam.
2000 habilitierte er mit einer Untersuchung über die DDR-Geschichtswissenschaft 1949 bis 1969. Von 2002 bis 2004 übernahm er Lehrstuhlvertretungen an der LMU München und der TU Braunschweig.

2004 wurde er zum Professor für Neueste und Zeitgeschichte an der Universität Potsdam berufen und Direktor des Zentrums für Zeithistorische Forschung Potsdam und folgte 2009 einem Ruf als Professor für Neueste Geschichte und Zeitgeschichte an die Humboldt-Universität zu Berlin. 2005/06 war er Vorsitzender der von der Bundesregierung eingesetzten Expertenkommission zur Schaffung eines Geschichtsverbunds "Aufarbeitung der SED-Diktatur". Seit 2013 ist er zudem Sprecher des Leibniz Forschungsverbunds "Historische Authentizität".

Seine gegenwärtigen Hauptarbeitsgebiete sind: Forschungen zur politischen Geschichte und zur Kulturgeschichte des 20. Jahrhunderts, insbesondere zur vergleichenden Geschichte deutscher und europäischer Diktaturen, zur Legitimationskultur politischer Herrschaft im SED-Staat, zu Zeitverständnis und Zeitordnungen in den Herrschaftssystemen des 20. Jahrhunderts, Historiographie- und Erinnerungsgeschichte.

Wichtige Publikationen