Seine ersten internationalen Erfolge erzielte er 1998 und 1999, als er mit der österreichischen Mannschaft jeweils Junioren-Weltmeister wurde. Nach ersten Einsätzen im Skisprung-Weltcup konnte er in der Saison 2001/02 erstmals richtig aufzeigen und erreichte mit seinem ersten Podestplatz in Engelberg auch die Qualifikation für die Olympischen Winterspiele 2002 in Salt Lake City. Nach drei weniger erfolgreichen Jahren kämpfte er sich wieder ins österreichische Team zurück und wurde als Mitglied der Nationalmannschaft des ÖSV zusammen mit Thomas Morgenstern, Andreas Kofler und Andreas Widhölzl Mannschafts-Olympiasieger bei den Olympischen Winterspielen 2006 in Turin. Bei der Skiflug-Weltmeisterschaft 2008 in Oberstdorf wurde Koch Vizeweltmeister im Einzel und Teamweltmeister mit der österreichischen Mannschaft. Auch bei der Skiflug-Weltmeisterschaft 2010 holte er mit der österreichischen Mannschaft den Weltmeistertitel. Beim Skifliegen in Harrachov am 8. Jänner 2011 holte Koch vor seinem Landsmann Thomas Morgenstern seinen 1. Weltcupsieg. Am 11. März 2012 gewann er auf dem Holmenkollbakken im norwegischen Oslo nach drei Siegen im Skifliegen erstmals ein Springen auf einer Großschanze. Im April 2012 gab er dann bekannt, seine Karriere zumindest für eine weitere Saison fortzusetzen, obwohl er zuvor mehrmals mit Rückenproblemen zu kämpfen hatte.[1]
Er beendete seine aktive Skisprungkarriere mit einem Abschiedssprung am 22. März 2014 beim Weltcup-Finale im slowenischenPlanica.[2] Nach seinem Karriereende wurde Koch als Co-Kommentator vom ORF engagiert.[3]
Landesschiverband und Kleine Zeitung (Hrsg.): Vom Großglockner zum Klammer-Stich – 100 Jahre Schisport in Kärnten. S. 86–89, Martin Koch: Nur ich und die Schanze und ein großartiger Tag, Carinthia Verlag 2007, ISBN 978-3-85378-622-2.
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