Действительный член АХ СССР (1947), Народный художник СССР (1960). Действительный член АН Армянской ССР (1956). Герой Социалистического Труда (1965). Председатель Союза художников Армянской ССР (1947—1951). Лауреат Ленинской (1965) и Сталинской премии второй степени (1941).
Творчество Сарьяна сыграло ведущую роль в становлении национальной школы армянской советской живописи.
Мартирос Сарьян родился 16 (28) февраля 1880 года в патриархальной армянской семье в местечке Нахичевань-на-Дону («Новый Нахичеван», ныне в пределах Ростова-на-Дону).
В 1895 году закончил городское училище. С 1897 по 1904 годы учился в Московском училище живописи, ваяния и зодчества, в том числе в мастерских В. А. Серова и К. А. Коровина. В 1901—1904 годах предпринял поездку на историческую родину, посетив Лори, Ширак, Эчмиадзин, Ахпат, Санаин, Ереван и Севан.
В 1900-х годах участвовал в выставках художественных объединений «Голубая роза», «Союз русских художников», «Мир искусства», «Четыре искусства». Сильное влияние на стиль Сарьяна оказала живопись П. Гогена и А. Матисса.
С 1910 по 1913 годы совершил ряд поездок в Турцию, Египет и Иран. В 1915 году Сарьян приезжает в Эчмиадзин, чтобы помогать беженцам из Турецкой Армении. В 1916 году приезжает в Тифлис и женится на Лусик Агаян, дочери армянского писателя Г. Агаяна. Тогда же Сарьян участвует в организации Общества армянских художников и «Союза армянских художников». В том же году он оформляет изданную В. Брюсовым «Антологию армянской поэзии».
После Октябрьской революции 1917 года Сарьян приезжает с семьёй в Россию. В 1918—1919 годах М. Сарьян живёт с семьёй в Новой Нахичевани. Художник становится инициатором создания и первым директором Армянского краеведческого музея в Ростове-на-Дону. Сотрудничает с театром «Театральная мастерская».
В 1921 году по приглашению председателя Совета народных комиссаров Армении А. Мясникяна переезжает на жительство в Армению. С этих пор он посвящает жизнь изображению её природы. В числе его работ в эти годы — создание герба Советской Армении и оформление занавеса первого армянского государственного театра.
В 1926—1928 годах художник живёт и работает в Париже. Большая часть его работ, выставленных в 1928 году в парижской галерее Жерар, сгорела во время пожара на корабле при возвращении на родину.
В 1930-х главной темой Сарьяна остаётся природа Армении. Художник также пишет многочисленные портреты («Р. Н. Симонов»; «А. Исаакян»; «Автопортрет с палитрой») и яркие натюрморты («Осенний натюрморт»). Сарьян работал также как книжный график («Армянские народные сказки», 1930, 1933, 1937) и как театральный художник (декорации и костюмы к опере «Алмаст» А. Спендиарова в Театре оперы и балета им. Спендиарова, 1938—1939, Ереван; «Храбрый Назар» А. Степаняна, «Давид бек» Тиграняна, «Филумена Мартуано» Э. Де Филиппо и др.).
Мартирос Сарьян скончался 5 мая 1972 в Ереване. Похоронен в пантеоне парка им. Комитаса.
Депутат ВС СССР 2—4-го созывов (1946—1958). Депутат ВС Армянской ССР с 1959 года.
и др.