Владимир Мартемьянов родился 15 июня 1935 года в городе Кемерово. После окончания средней школы № 33, в 1954 году окончил отделение пилотов Кемеровского аэроклуба. Во время учебы показал блестящие способности и оставлен работать инструктором-летчиком. Освоил полеты на самолетах По-2 и Ут-2. С 1955 по 1957 год служил в рядах Советской Армии, в составе Военно-воздушных сил СССР. Летал на самолетах Як-18 и Як-11.
В 1959 году Мартемьянов сдал экстерном экзамены за полный курс Центральной объединенной летно-технической школы в Саранске. В том же году стал пилотом-инструктором Томского областного Аэроклуба ДОСАФФ. Летал на самолетах Як-18 и Zlin Z-326.
В 1962 году Владимир Мартемьянов в качестве члена томской команды участвовал в соревнованиях Сибири и Дальнего Востока, по результатам которых получил приглашение в сборную команду Советского Союза. Впоследствии, став знаменитым, тренировал спортсменов из Кемеровского учебного авиационного центра ДОСААФ. С 1963 года летал на самолетах Як-18, Як-18У, Як-18П, Ан-2 и Zlin Z-326. В составе спортивной делегации выезжал в Испанию, Польшу, Венгрию, ГДР, Австрию.
В 1966 году Владимир Давыдович стал абсолютным чемпионом Советского Союза по самолетному спорту и завоевывал этот титул еще четырежды. Кроме того, в том же году первым из советских спортсменов победил на чемпионате мира по высшему пилотажу в Москве. Являлся бессменным капитаном сборной СССР. На его счету 24 золотых и 5 серебряных медалей. Получил звание «Заслуженный мастер спорта СССР». В августе 1967 года награжден орденом Трудового Красного Знамени.
Помимо профессионального занятия самолетным спортом, Мартемьянов рисовал маслом, учился на заочном отделении Московской художественной академии и на факультете журналистики партийной школы. После гибели вышла его книга «Я люблю тебя, небо».
Владимир Давыдович Мартемьянов трагически погиб 13 апреля 1970 года в городе Ессентуки. При тренировке воздушных акробатов на подготовке к чемпионату мира во время полета, не выдержав перегрузки, отломилось крыло самолета, его удар пришелся по голове спортсмена. Похоронен в Кемерово.
В 2003 году Владимиру Мартемьянову посмертно присвоено звание «Почетный гражданин города Кемерово».
Награды Владимира Мартемьянова
Обладатель 24 золотых и 5 серебряных медалей
Заслуженный мастер спорта СССР
Орден Трудового Красного Знамени
Звание «Почетный гражданин города Кемерово»
Память о Владимире Мартемьянове
Школа № 31 города Кемерово имени Мартемьянова. В школе есть музей, посвященный летчику-спортсмену
Кемеровский областной аэроклуб носит имя Мартемьянова
Улица Мартемьянова в Кемерово
Памятник Мартемьянову на Притомской набережной. Установлен в 2009 году, выполнен из меди, высота - 2,5 м