Родился 17 августа 1782 года, сын помещика Саратовской губернии.
В военную службу вступил в лейб-гвардии Измайловский полк и в 1800 году получил первый офицерский чин.
В кампании 1805 года в Австрии Мартынов за отличие в сражении при Аустерлице награждён орденом св. Анны 3-й степени
В 1808 году в чине капитана командовал ротой.
Его подчинённый офицер подпрапорщик Муромцев (в сражении при Бородино лишился руки и умер в 1813 году) оставил оду «Ротный командир», посвящённую Мартынову:
В 1812 году Мартынов принимал участие в отражении вторжения Наполеона в Россию, в Бородинском сражении был контужен гранатой в руку и ядром в ногу, награждён орденом св. Анны 2-й степени с алмазными украшениями. В этом сражении он сменил на посту командира 3-го батальона выбывшего полковника И. К. Мусина-Пушкина.
В 1813 году произведён в полковники и назначен командиром 1-го батальона. Затем Мартынов был в Заграничном походе, за сражение при Кульме он 15 сентября получил золотую шпагу с надписью «За храбрость» и сверх того особый прусский знак Железного креста. В этом сражении он был ранен пулей в бок возле груди.
В 1820 году Мартынов был произведён в генерал-майоры и 30 ноября 1821 года назначен командиром лейб-гвардии Измайловского полка.
С 14 марта 1825 года Мартынов командовал 3-й гвардейской пехотной дивизией.
14 декабря 1825 года Мартынов одним из первых привёл свои полки на Дворцовую площадь к присяге новому императору Николаю I и на следующий день был назначен генерал-адъютантом. 26 ноября 1826 года Мартынов за беспорочную выслугу 25 лет в офицерских чинах был награждён орденом св. Георгия 4-й степени (№ 3873 по кавалерскому списку Григоровича—Степанова).
В 1828—1829 годах Мартынов находился на Дунайском театре войны против турок и участвовал в обложении Варны, за отличие награждён орденом св. Владимира 2-й степени.
С 1829 года Мартынов был генерал-лейтенантом, в 1831 году участвовал в делах против польских мятежников, затем назначен комендантом Петропавловской крепости и города Санкт-Петербурга.
Скончался 14 февраля 1838 года в Санкт-Петербурге, похоронен в Духовской церкви Александро-Невской лавры.
Его братья: