Родился в Ленинграде. Окончил Хоровое училище при Капелле и Ленинградскую консерваторию (1960).

В 1960—1963 годах работал в Новосибирске. В 1963—1966 гг. учился в аспирантуре, в те же годы посещал занятия в классе композиции Д. Д. Шостаковича.

С 1966 года преподает в Санкт-Петербургской консерватории, с 1985 года — заведующий кафедрой инструментовки, профессор, с 2004 года — проректор по учебной работе консерватории.

Среди сочинений Мартынова — балеты «Геракл» и «Петербургские сновидения», опера «Галилей», четыре симфонии, четыре хореографические сюиты, хоровые и камерные сочинения, музыка к драматическим спектаклям, музыка для более чем 30 кинофильмов и песни.