Родился 22 мая 1906 года в городе Руза Владимирской губернии (сейчас — Московская область) Отец — народоволец Сергей Иванович Мартыновский по приговору царского суда провел на каторге и в ссылках 24 года.
После окончания судостроительного факультета Одесского политехнического института в 1930 году был рекомендован в аспирантуру только что созданного Одесского института инженеров водного транспорта (ОИИВТ), где впервые начал профессионально заниматься научной работой. В конце 1933 года досрочно защитил кандидатскую диссертацию на тему «Изоляция рефрижераторных судов».
После этого работал доцентом, преподавал техническую термодинамику и холодильные установки. Позже — деканом и затем заместителем директора по учебной и научной работе.
Его статьи публиковались в трудах ЦНИИ водного транспорта (о применении цикла Ворхиса в судовых рефрижераторных установках), ВНИХИ (о расчёте изоляции рефрижераторных судов с учётом солнечной радиации) и сборниках научно-исследовательских работ ОИИВТ (об определении оптимальной толщины изоляции морских рефрижераторов). Тогда же начал публиковать свои статьи в журнале «Холодильная техника». Первые статьи опубликованы журнале в 1936 и 1938 годах.
В довоенный период написал работы по обоснованию метода анализа и сравнения прямых и обратных термодинамических циклов созданного им позже в окончательном виде. Он обратил внимание на ряд достоинств двуокиси углерода, как рабочего тела (хладагента) обратных регенеративных циклов для производства холода и теплоты.
После начала Великой Отечественной войны Владимир Сергеевич поступил в распоряжение Военно-морского флота СССР, участвовал в обороне Севастополя и Северного Кавказа. В 1944—1945 годах он выезжал на освобождаемые территории Европы для поиска оборудования, вывезенного из СССР оккупантами.
После войны он возвращается в институт, который уже назывался Одесским институтом инженеров морского флота (ОИИМФ) и продолжает заниматься преподавательской, научной и административной деятельностью. В соавторстве со своим учителем профессором С. Д. Левенсоном он издает учебник и работает над докторской диссертацией.
В 1948 году Владимир Сергеевич назначается директором Одесского технологического института консервной промышленности (ОТИКП) (сейчас — Одесская государственная академия холода). Для интенсивно развивающегося агрокомплекса страны нужны были специалисты по холодильной технике, поэтому Мартыновскому поручалось приступить в ОТИКП к подготовке инженеров-холодильщиков
В 1949 году он организовал в ОТИКП факультет холодильных машин, на который была зачислена часть студентов старших курсов технологического и механического факультетов и ещё 53 студента из других вузов. Всего в 1949—1950 учебном году на факультете обучалось на четырёх курсах 313 студентов. С начала 1950 года вуз получил название Одесский технологический институт пищевой и холодильной промышленности (ОТИПХП).
На посту ректора занимался отбором наиболее способных студентов для обучения в аспирантуре и работы в институте и привлекал для преподавания других специалистов. Так, почти одновременно с ним в институт пришли В. Ф. Чайковский, Л. З. Мельцер, Б. А. Минкус, ставшие позже докторами наук. Были организованы две основные специальные кафедры: кафедра холодильных машин (её возглавил сам Мартыновский) и кафедра холодильных установок, на её заведование был приглашен из Одесского филиала ВНИХИ (УкрНИХИ) один из известных в то время холодильщиков — С. Г. Чуклин, ставший уже в ОТИПХП доктором технических наук, профессором.
Первые годы работы В. С. Мартыновского в ОТИКП были исключительно напряженными. Он вместе с ведущими преподавателями и аспирантами начал исследования в нескольких перспективных научных направлениях: вихревое охлаждение, эжекторные холодильные машины на неводяных парах, определение потерь в холодильных компрессорах, влияющих на их энергетическую эффективность и объёмную производительность, тепловые насосы и других.
