选为宇航员之前，马丁利正在空军宇航研究院飞行员学校中接受训练。他成为宇航员后的第一个任务是作为阿波罗13号任务的指令舱飞行员。但在发射前3天，他因为被怀疑感染风疹而被替换，但事实上他并没有。因此，他未能成为这次传奇性任务中的一员。但马丁利在营救被困的阿波罗13号乘员中提供了帮助，他帮助给出了返回过程中的能量节约方案。最终，马丁利作为的指令舱飞行员参加了阿波罗16号任务。阿波罗16号的发射时间是1972年4月16日，搭载的三名乘员为：指令长约翰·杨、登月舱驾驶员查尔斯·杜克和指令舱驾驶员肯·马丁利。约翰和查尔