Martens wurde als Sohn von Wilhelm Conrad von Martens (1748–1828), dem königlich dänischen Generalkonsul in Venedig, und seiner Frau Margarete von Scheler (1765–1832) geboren. 1808 kam er zu seinem Onkel Georg Freiherr von Scheler nach Württemberg. Er wurde Kadett in der württembergischen Garde zu Fuß und 1809 im Fünften Koalitionskrieg Leutnant. Im Russlandfeldzug 1812 machte er sich in der Schlacht bei Borodino verdient. In den Befreiungskriegen wurde er 1813 zum Oberleutnant befördert, kurz darauf zum Stabshauptmann. 1814 kam er in den Generalstab. In dieser Zeit begann er seine schriftstellerische Tätigkeit. Ab 1825 war er an der Offiziersbildungsanstalt in Ludwigsburg tätig.