De familia de recursos, con tierras en la Provincia de Buenos Aires, Martín Mailharro, primogénito del matrimonio entre Pedro Mailharro y Juliana Yriburu, nace en la ciudad de Azul, el 25 de agosto de 1865. Sus inclinaciones artísticas se manifiestan desde temprano. A los catorce años, ante la inapelable oposición del padre a su vocación, rompe con él y con su pasado. Viaja a Buenos Aires donde trabaja para ganarse la vida. Cambia su apellido de Mailharro por el de Malharro.
Inicia estudios de dibujo en la Asociación Estímulo de Bellas Artes bajo la dirección de Francisco Romero en 1882. Por esta época se relaciona con Alfonso Bosco, grabador y litógrafo italiano. Como medio de vida diseña etiquetas para cigarrillos, tarjetas comerciales, membretes, etc. Realiza viajes a Santa Fe y Córdoba donde pinta paisajes.
Hacia 1890 viaja a Tierra del Fuego y Punta Arenas, donde la luz y el ambiente marino lo incitan a cambiar su paleta y las sombras, propias del claroscuro, se tiñen de color.
Pasa una larga temporada en la estancia del Dr. José Ramos Mejía, que interesado en su pintura, lo protege y le procura un ambiente desligado de preocupaciones materiales. Las experiencias realizadas al aire libre frente a la llanura pampeana, preparan el terreno para el contacto con el impresionismo.
Participa en el Segundo Salón del Ateneo, 
realizado en 1894, con un paisaje titulado Al caer la tarde y con dos marinas, El acorazado Huáscar y El corsario La Argentina. Esta última obtiene una segunda mención honorífica y es destacada por los diarios capitalinos.
realizado en 1894, con un paisaje titulado Al caer la tarde y con dos marinas, El acorazado Huáscar y El corsario La Argentina. Esta última obtiene una segunda mención honorífica y es destacada por los diarios capitalinos.Por intermedio de Roberto J. Payró, que aprecia su obra, conoce a Martiniano Leguizamón con quien traba amistad y ejecuta ilustraciones para el libro Recuerdos de la tierra, que aparecería al año siguiente. Payró lo conecta con el diario La Nación, donde trabaja como ilustrador, hecho que alivia su situación económica. Allí se relaciona con otros intelectuales de la época, entre ellos Rubén Darío, Leopoldo Lugones, José Ingenieros, Carlos de Soussens y Estanislao Cevallos.
Se malogra el intento de conseguirle una beca para estudiar en Francia, sin embargo hacia fines de 1895, Malharro toma una decisión: consigue un pasaje en un buque de carga y parte hacia París, llevando consigo su piedra litográfica.
Se instala en Montmartre, en el número 10 de la Rue Cauchios. Se perfecciona en grabado, especialmente en la técnica litográfica y subsiste merced a dibujos, ilustraciones, figurines de modas y bonetería. Poco después se le reúnen su mujer María Luisa Laborit y sus hijos María Amalia y Martín. Su talante romántico y el naturalismo aprendido en los talleres de Estímulo, concuerdan con la obra de Millet y de los pintores de la Escuela de Barbizón, pero en estos años europeos recibe, principalmente, la influencia del impresionismo, analiza la técnica pictórica, las cualidades de la iluminación, la ambientación y la búsqueda de la naturaleza.
En 1901 regresa a Buenos Aires después de haber presenciado en 1900 la Exposición Centenaria de París que afianza el éxito del impresionismo ante el gran público. Esta circunstancia determina su alejamiento del academicismo y poco después, en Auvers-sur-Oise pinta En plena naturaleza y El arado.
Al año siguiente el Salón Witcomb 
organiza una exposición de sus pinturas realizadas en Francia, algunas de ellas terminadas en Buenos Aires. Sobre el cierre, Joaquín V. González aprueba la adquisición de En plena naturaleza para el Museo Nacional de Bellas Artes. La muestra, según José A. García Martínez, “sería uno de los grandes intentos de actualización artística en el país”. Romualdo Brughetti afirma que si “Faustino Brughetti exhibió telas impresionistas un año antes, el mérito de Malharro consiste en haber dado la batalla por ese ideario estético”. Efectivamente, poco después, Malharro comienza a publicar artículos (El Diario, Ideas y Figuras, Athinae, La Tribuna) y pronunciar conferencias dando a conocer su pensamiento y explicando su obra.
organiza una exposición de sus pinturas realizadas en Francia, algunas de ellas terminadas en Buenos Aires. Sobre el cierre, Joaquín V. González aprueba la adquisición de En plena naturaleza para el Museo Nacional de Bellas Artes. La muestra, según José A. García Martínez, “sería uno de los grandes intentos de actualización artística en el país”. Romualdo Brughetti afirma que si “Faustino Brughetti exhibió telas impresionistas un año antes, el mérito de Malharro consiste en haber dado la batalla por ese ideario estético”. Efectivamente, poco después, Malharro comienza a publicar artículos (El Diario, Ideas y Figuras, Athinae, La Tribuna) y pronunciar conferencias dando a conocer su pensamiento y explicando su obra.A partir de 1903, cuando es designado Profesor de Dibujo del Colegio Nacional Central, inicia su tarea docente. Luego ocupará el cargo de Inspector Técnico de Dibujo de la Provincia de Buenos Aires, será Director de Cursos Temporarios en el Ministerio de Instrucción Pública, dictará cátedras en la Universidad Nacional de La Plata, en la Escuela Normal de Profesores, en la Escuela Normal de Maestros de Barracas. Esta actividad tendrá como fruto, en 1911, la publicación de su libro El dibujo en la escuela primaria.
En junio de 1908 presenta su segunda exposición en Witcomb, compuesta por 51 acuarelas y 2 pasteles. En opinión de Angel Osvaldo Nessi “se advierte un cambio notable: la tendencia a la ilustración se acentúa, la técnica de la acuarela, en mínimas 'pochades' ejecutadas con evidente premura se generaliza, el amaneramiento acecha”. La muestra no obtuvo el éxito de la anterior. Durante este año y el siguiente pinta una serie de nocturnos próximos al simbolismo, tendencia que se manifiesta en obras como Mis amigos los árboles en la que Jorge López Anaya percibe “no sólo un pronunciado antiacademicismo, sino también el antiimpresionismo que asocia este cuadro con el simbolismo. Es suficiente observar los árboles antropomorfizados, su expresión patética, las deformaciones de las masas vegetales que se aplastan contra el fondo y reducen la ilusión espacial y el color azul dominante. Parece que todo recordara la frase de Maeterlink: ‘El símbolo es la alegoría orgánica e interior; toma su raíz en las tinieblas’.”
Fallece el 17 de agosto de 1911, cuando estaba preparando una tercera exposición, que a la sazón sería póstuma y abriría sus puertas en el mes de octubre. Nessi observa que “Malharro asimila del París de fin de siglo una paleta más clara y vibrante, que reverdece su academia; pero también, junto a esa técnica más aireada, aparece una cosmovisión algo híbrida, compromiso entre su formación criolla y los confusos ideales nuevos. Así Malharro, introductor del impresionismo en la Argentina, no será un impresionista ortodoxo: la ruptura del plano plástico mediante toques de color, se conjuga en él con un realismo visual que, en su temperamento algo melancólico, carece del encanto primaveral de un Monet, y que va a reflejarse en obras inspiradas en el crepúsculo y la noche.”
En octubre de 1913 la galería Witcomb exhibe las obras que el artista no había llegado a firmar. En 1931 Luis Falcini orgniza una exosición en su homenaje en la Asociación Amigos del Arte y, en 1956, el Museo Nacional de Bellas Artes presenta una nueva muestra. En 1965 la Intendencia de Azul conmemora al artista, acto en el que se descubre un monolito en su honor.
Del 5 de julio al 27 de agosto de 2006 el Museo Nacional de Bellas Artes organiza una retrospectiva curada por Ana Canakis. Acompañando la exposición, se edita un importante libro-catálogo.