Родился в 1794 году, происходил из древнего русского дворянского рода. Образование получил в 1-м кадетском корпусе.
В военную службу вступил в 1811 году, принимал участие в Отечественной войне 1812 года и Заграничных походах 1813—1814 годов, за отличие был награждён орденом св. Анны 3-й степени и золотой шпагой с надписью «За храбрость».
В 1823 году произведён в полковники и 6 декабря 1829 года в генерал-майоры, с назначением бригадным командиром Астраханского и Фанагорийского гренадерских полков.
В 1831 году Мартынов сражался с поляками. За отличие в в сражении при Остроленке он был 22 августа 1831 года награждён орденом св. Георгия 4-й степени (№ 4537 по кавалерскому списку Григоровича—Степанова) а спустя два месяца, 18 октября, получил тот же орден 3-й степени (№ 452 по кавалерским спискам)
В этом последнем сражении он лишился глаза. 21 апреля 1832 года награждён орденом св. Анны 1-й степени.
Произведённый 1 января 1839 года в генерал-лейтенанты Мартынов в тот же день был назначен присутствующим в Московские департаменты Сената. Также он был почётным опекуном Московского опекунского совета, членом Главного совета женских учебных заведений в Москве и директором Измайловской военной богадельни.
Среди прочих наград он имел ордена св. Владимира 2-й степени (29 декабря 1841 года) и Белого орла (1 июля 1848 года).
Скончался Мартынов 22 апреля 1856 года.
Его братья:
- Борис — генерал-майор, кавалер ордена св. Георгия 4-й степени
- Павел — генерал-адъютант, командир лейб-гвардии Измайловского полка, комендант Петропавловской крепости.
