Charles-Auguste Martenot est le fils de Charles Nicolas Martenot, maître de forges, maire de Commentry et conseiller général de l'Yonne, et d'Elisabeth Champy. Il est le neveu d'Auguste Martenot. Marié à Clémentine Quinette, petite-fille du baron Nicolas-Marie Quinette et du général-baron Guillaume François d'Aigremont, il est le beau-père du baron Paul Évain (fils du baron Jules Évain).
Il fut député de 1871 à 1876, inscrit au groupe bonapartiste de l'Appel au peuple et sénateur de l'Allier de 1876 à 1885. En 1871, il est maire et conseiller général de Commentry.
Maurice Sarazin, Les Bourbonnais célèbres et remarquables des origines à la fin du XXe siècle, tome III : Arrondissement de Montluçon, Charroux, Éditions des Cahiers bourbonnais, 2014, p. 224-225.
