Народився 17 листопада 1944 року в с. Коритня Монастирищанського району Черкаської області.
Закінчив фізико-математичний факультет Уманського державного педагогічного інституту ім. П.Г. Тичини (1968).
Уся трудова діяльність педагога пов’язана з Уманським державним педагогічним інститутом ім. П.Г. Тичини (з 1998 – педагогічний університет): працював старшим лаборантом (1968–1970), асистентом кафедри фізики (1970–1972), старшим викладачем, доцентом, завідуючим кафедрою, деканом факультету, проректором з нав чальної і наукової роботи. Виконував обов’язки ректора (1988–1989). З 2005 року – ректор Уманського державного педагогічного університету ім. Павла Тичини.
Доктор педагогічних наук, професор, член-кореспондент НАПН України.
За час керівництва М.Т. Мартинюка в університеті створено 4 інститути, 5 нових факультетів і 10 кафедр. Він автор досліджень з проблем змісту й методів навчання фізики та астрономії в загальноосвітніх навчальних закладах, один із співрозробників концептуальних засад змісту загальної і професійної освіти. Брав участь у підготовці матеріалів до Національної програми «Освіта: Україна ХХI століття», є одним із співрозробників Державного стандарту базової і повної середньої освіти (освітня галузь «Природознавство, фізика»), чинних навчальних програм з фізики і астрономії для загальноосвітніх навчальних закладів.
Член спеціалізованих рад із захисту докторських і кандидатських дисертацій з теорії і методики навчання (фізики, астрономії і математики).
Відмінник освіти УРСР. Відмінник освіти України. Заслужений працівник освіти України (2005). Нагороджений медаллю «За трудову відзнаку», медаллю імені А.С. Макаренка «За заслуги в галузі освіти», нагрудним знаком «За наукові досягнення», Почесною грамотою Кабінету Міністрів України (2006).
Автор (співавтор) понад 100 наукових праць, зокрема:
• «Вивчення фізики і астрономії в основній школі (теоретичні і методичні засади)», монографія (1998);
• «Базовий курс фізики, інтегрований з астрономією (досвід теоретико-експериментального обґрунтування)», монографія (1999);
• «Фізичний експеримент і математичний апарат фізики» (2003);
• «Вивчення фундаментальних дослідів з атомної фізики засобами інформаційно-
комунікаційних технологій» (2006).