Maartmann-Moe ble i 2004 medlem i Arbeiderpartiet og har hatt en rekke verv i partiet og i lokalpolitikken. I 2011–2021 var han delegat til Landsmøtet i Arbeiderpartiet. Han var leder av Haslum partiavdeling i Bærum Arbeiderparti 2006–2011. Han var medlem av kommunestyregruppa i Bærum 2007–2011 og 2015–2023 og fylkestingsgruppa i Akershus fra 2007–2015. Han var leder av Helse- og velferdsnettverket og av Forsknings- og kunnskapsnettverket i Oslo og Akershus Arbeiderparti i mange år. I 2009–2017 var han medlem og varamedlem i Akershus Arbeiderpartis styre.