Člen bronzového olympijského družstva dráhových cyklistů-stíhačů a mistr světa v bodovacím závodě.

Na hrách v Moskvě v roce 1980 si Martin Penc společně s Ivanem Slámou, Jiřím Pokorným a Teodorem Černým po čtvrtém místě v kvalifikaci poradili ve čtvrtfinále s Velkou Británií, ale v semifinále nestačili na favorizované sovětské družstvo, a tak vypustili závěr. V souboji o třetí místo s Itálií přišly svěřencům trenéra Pavla Vršeckého z Dukly Praha ušetřené síly vhod. V polovině čtyřkilometrové stíhačky už vedli, souboj ve prospěch čs. kvarteta nakonec předčasně ukončil výstřel rozhodčího. Mezi jednotlivci Penc dojel osmý.

Následující rok stíhači v obměněné sestavě získali bronz i na světovém šampionátu v Brně. Penc později přesedlal na bodovací závod a v roce 1985 se v Bassano del Grappa stal amatérským mistrem světa. O čtyři roky později na MS v Lyonu dojel mezi profesionály třetí. Po ukončení kariéry byl vítěz ankety Král cyklistiky 1985 trenérem, poté pracoval v pojišťovně.