Владимир Мартынов, выросший в атмосфере, где музыка занимала
центральное место, был сыном Ивана Мартынова, занимавшегося
исследованиями в области музыки, и Елены Гембицкой, обладавшей
ученой степенью в педагогике (полученной в 1954 г.) и преподававшей
музыку, а также являвшейся талантливым руководителем хора и
создателем многочисленных методических материалов и нотных
сборников.
В 1970 году он окончил Московскую консерваторию, где изучал
композиторское искусство под руководством Н. Сидельникова. В 1973 году начал работать в Московской экспериментальной студии электронной музыки. В этот период Мартынов проявил интерес к арт-року и в 1977 году организовал собственную рок-группу под названием "Форпост".
Увлечение электронной музыкой и рок-н-роллом сочеталось у Мартынова с глубоким погружением в восточные религии и культуры, а также христианскую философию, как западную, так и восточную. Он организовал несколько этнографических экспедиций в различные регионы России, на Северный Кавказ, в Центральный Памир и горный Таджикистан. Мартынов также изучал музыкальное искусство и теорию музыки в период европейского Средневековья и Ренессанса. В 1975-1976 годах он выступал на концертах в составе Ансамбля старинной музыки, исполняя на блокфлейте европейскую музыку XIII-XIV веков. С 1976 по 1977 год Мартынов участвовал в выступлениях Московского ансамбля солистов (фортепиано, электронные клавишные), исполняя авангардную, электронную и минималистическую музыку таких композиторов, как Кейдж, Штокхаузен, Лигети, Райли, Фельдман, Сильвестров и Пярт, а также западноевропейскую средневековую музыку. В период с 1976 по 1978 год в творчестве композитора произошла значительная перемена: от авангарда он начал двигаться к новой простоте.
В 1978 году Мартынов временно прекратил свою деятельность как композитор. С 1979 по 1997 год он преподавал в духовной академии Троице-Сергиевой Лавры. Занимался расшифровкой и восстановлением древних русских церковных песнопений, изучая старинные певческие рукописи в различных монастырях.
В 1984 году Мартынов вновь начал сочинять музыку, которая теперь характеризовалась сознательным стремлением к канону. Как философ и теоретик искусства, он выдвигал идею "конца эпохи композиторов", а вместе с тем и исчерпания эстетики авторства, стилистики концертных выступлений, культа "звезд". Владимир Мартынов написал музыку для более чем 50 телевизионных и кинофильмов, среди которых "Михайло Ломоносов", "Особо опасные…", "Холодное лето пятьдесят третьего…", "Николай Вавилов", "Смиренное кладбище", "Поворот", "Русский бунт", "Остров", а также для нескольких анимационных фильмов ("Шкатулка с секретом", 1976, "Серебряное копытце", 1977). Музыка Владимира Мартынова также звучит в фильмах итальянского режиссера Паоло Соррентино "Лоро" (2018) и "Великая красота" (2013). Владимир Иванович принимал участие в записи коллекционного альбома "Метаморфозы" (1980), включающего классические и современные произведения, адаптированные для синтезатора "Синти-100".
Мартынов также является автором музыки к театральным постановкам Ю. Любимова, Анатолия Васильева и других. В 2013 году он стал одним из соавторов новой музыкальной редакции оперы Александра Бородина "Князь Игорь" (постановка Ю. Любимова).
В. Мартынов является одним из основателей Центра развития и поддержки новой музыки Devotio Moderna. Он принимал участие во Всемирной Театральной Олимпиаде (Москва) и Фестивале Триалог (Таллин). С 2003 года Мартынов активно занимается мультимедийными проектами и инсталляциями, осуществил ряд проектов с Д. Приговым, Л. Рубинштейном, а также с рок-группой "АукцЫон" и Л. Фёдоровым.
С 2005 года В. Мартынов ведет авторский факультативный курс музыкальной антропологии на философском факультете МГУ.