Дмитрий Мартынов родился 14 декабря1915 года в Харькове. После окончания семи классов школы и школы фабрично-заводского ученичества работал слесарем, бригадиром монтажников. В 1937 году Мартынов был призван на службу в Рабоче-крестьянскую Красную Армию. В 1939 году он окончил курсы среднего командного состава. С августа 1941 года — на фронтах Великой Отечественной войны[1].
К осени 1944 годамайор Дмитрий Мартынов командовал 305-м батальоном морской пехоты 83-й морской стрелковой бригады 46-й армии2-го Украинского фронта. Отличился во время форсирования Днестровского лимана. Под руководством Мартынова батальон успешно переправился на занятый противником берег лимана и захватил на нём плацдарм, после чего удержал его, отразив большое количество вражеских контратак. Впоследствии, в ночь с 7 на 8 декабря 1944 года Мартынов во главе десантной группы высадился в районе города Вуковар и захватил железнодорожную станцию и узел шоссейных дорог, уничтожив 18 танков и большое количество солдат и офицеров противника[1].
За время войны Мартынов был три раза ранен, последний из них — тяжело. В 1945 году он в звании подполковника был уволен в запас по инвалидности. Проживал сначала в Харькове, но вскоре переехал в Красноярск. После окончания советской партийной школы работал заведующим отделом по использованию трудовых ресурсов Красноярского крайисполкома, избирался депутатом краевого Совета депутатов трудящихся. Выйдя на пенсию, продолжал активно заниматься общественной деятельностью.
В новом районе Красноярска именем Дмитрия Мартынова названа улица, а в 2019 году была построена средняя школа, названная в честь героя Советского союза. На ее территории установлен памятник.
Герои Советского Союза: Краткий биографический словарь / Пред. ред. коллегии И. Н. Шкадов. — М.: Воениздат, 1988. — Т. 2 /Любов — Ящук/. — 863 с. — 100 000 экз. — ISBN 5-203-00536-2.