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Martin Treu absolvierte eine Lehre zum Schneider und ging ab 1889 auf Wanderschaft. Ab 1897 lebte er in Nürnberg und erwarb dort 1902 das Bürgerrecht. Bereits seit 1892 war Martin Treu Mitglied der Sozialdemokratischen Partei (SPD). Ab 1905 war er für die SPD Parteisekretär in Nürnberg, 1908 gehörte er zu den ersten zehn Vertretern der SPD im Kollegium der Gemeindebevollmächtigten, dem Vorläufer des Stadtrats.

1909 wurde Martin Treu zum jüngsten Mitglied des Magistrats gewählt. Dieser setzte sich in Nürnberg aus den beiden Bürgermeistern, vier bis acht rechtskundigen sowie zwölf bis zwanzig bürgerlichen und zugleich ehrenamtlichen Magistratsräten zusammen. Treu gehörte vermutlich der letzteren Gruppe an. Bis 1919 war er Mitglied des Magistratskollegiums.

Als nach dem Ende des Kaiserreiches Deutschland mit der Weimarer Republik demokratisiert wurde, stand auch in Nürnberg ein politischer Neuanfang an. Martin Treu wurde im Stadtrat zum zweiten Bürgermeister gewählt. Er fungierte vor allem als Verbindungsmann zwischen dem liberalen Oberbürgermeister Luppe und der sozialdemokratischen Stadtratsfraktion und garantierte eine auch insgesamt in Personalfragen zurückhaltende Politik der SPD. So waren von 19 hauptamtlichen Referenten der Weimarer Zeit nur vier mit einem SPD-Parteibuch ausgestattet.

Martin Treu`s Tätigkeit in der Nürnberger Stadtverwaltung wurde 1929 aufgewertet. Sein Amt des zweiten Bürgermeisters war ab diesem Jahr nicht mehr ein ehrenamtlicher Posten, sondern eine hauptamtliche Funktion. Seine inhaltliche Zuständigkeit wurde vom Referat der städtischen Werke und Betriebe in diesem Jahr auch auf das Straßenbahnreferat ausgebaut. Parallel zu seiner Tätigkeit als zweiter Bürgermeister war Martin Treu auch von 1919 bis 1933 Mitglied des Kreistags von Mittelfranken, zu dessen Präsidenten er von 1919 bis 1928 gewählt wurde. Außerdem war er Aufsichtsratsvorsitzender des Fränkischen Überlandwerkes. Ab 1928 wurde er zudem Mitglied im Bayerischen Kreistagsverband und seit 1930 Zweiter Vorsitzender des Bayerischen Städteverbands.

Alle seine Ämter musste er am 10. März 1933 unter dem Druck der NSDAP niederlegen, als diese im Zuge der nationalsozialistischen Machtübernahme begann Nürnberg gleich zu schalten. Am Tag vorher hatte Treu noch das Hissen der Hakenkreuzfahne am Nürnberger Rathaus abgelehnt. Im Gegensatz zu anderen SPD-Politikern wie Karl Bröger blieb Martin Treu jedoch von nationalsozialistischer Verfolgung verschont.

Nach dem Ende des Zweiten Weltkriegs und dem Ende der nationalsozialistischen Herrschaft in Nürnberg enthob die amerikanische Militärregierung zunächst den nationalsozialistischen Bürgermeister Werner Eickemeyer des Amtes. Ab dem 22. April 1945 hatte Julius Rühm, der bisherige berufsmäßige Stadtrat für das Personalwesen, das Amt inne. Die Ernennung des NSDAP-Mitglieds führte zu Unmut und Enttäuschung bei Sozialdemokraten und Gewerkschaftern, deren Kooperationsangebot die Militärregierung zuvor noch abgelehnt hatte. Die Nürnberger Militärregierung geriet jedoch im Juni 1945 auch durch die zentrale Militärregierung unter Druck, die die Nürnberger Personalpolitik kritisierte, da noch immer sechs der elf hauptamtlichen Stadträte der NSDAP nicht entlassen waren. Bedingt durch eine neue Direktive der Militärregierung und einen Austausch der Offiziere in Nürnberg verschärfte sich nun die Entnazifizierungspolitik auch in Nürnberg. Am 26. Juli 1945 ernannte die amerikanische Militärregierung Martin Treu zum Oberbürgermeister, der Sozialdemokrat Hans Ziegler wurde zweiter Bürgermeister.

Im Jahr 1948 erhielt Martin Treu die Ehrenbürgerwürde der Stadt Nürnberg.