Сергей Мартынов родился 22 августа 1959 года в Нижегородской области. Окончил Ленинградский политехнический институт имени Калинина. Позднее, получил дополнительное образование в Северо-Западной Академии государственной службы при Президенте РФ и Юридическом институте города Санкт-Петербург.
Непосредственно после окончания политехнического института, в период с 1982 по 1984 год проходил срочную службу в Вооруженных силах СССР.
Далее, начиная с 1985 года, Мартынов последовательно работал в Комитете Государственной Безопасности СССР, Министерстве безопасности РФ, Федеральной службе контрразведки РФ и Федеральной службе безопасности Российской Федерации.
С 2000 по 2003 год, являлся начальником отдела кадровой политики и государственных наград аппарата полномочного представителя Президента РФ в Северо-Западном федеральном округе.
Затем, возглавлял Управление кадров и государственной службы Администрации Губернатора города Санкт-Петербург.
В 2010 году, офицер получил назначение на должность начальника Управления кадров Службы организационно-кадровой работы Федеральной службы безопасности РФ.
Позже, в 2014 году, назначен руководителем Аппарата Совета Федерации ФС РФ.
Впоследствии, 7 октября 2019 года, Мартынов Сергей Александрович приступил к исполнению полномочий члена Совета Федерации ФС РФ - представителя в СФ ФС РФ от исполнительного органа государственной власти Республики Марий Эл.
Кандидат юридических наук. Отмечен государственными наградами и знаками отличия, в числе которых медаль ордена «За заслуги перед Отечеством» II степени.
Жена. Воспитал троих детей.