Նախնական կրթությունն ստացել է ծննդավայրում, ապա՝ Էջմիածնի Գևորգյան ճեմարանում։ Հայաստանում խորհրդային ռեժիմի հաստատվելուց հետո մտել է կարմիր բանակի շարքերը, 1922 թվականին հայկական հրաձգային դիվիզիայում նշանակվել գնդացրային դասակի հրամանատար։ 1928 թվականին ավարտել է ԲԳԿԲ գլխավոր շտաբի Մոսկվայի բարձրագույն զինվորական դասընթացները և դարձել կադրային սպա։ 1924-1938 թվականներին 76-րդ հայկական լեռնա-հրաձգային դիվիզիայում վարել է տարբեր պաշտոններ (վաշտի հրամանատար, գնդի շտաբի պետի տռղակալ՝ հետախուզության գծով, դիվիզիզյի շտաբի հետախուզության բաժնի պետ և այլն)։
Խորհրդային Միության վրա Ֆաշիստական Գերմանիայի հարձակումից հետո Հարավային ռազմաճակատում Մարտիրոսյանը եղել է 227-րդ հրաձգային դիվիզիայի շտաբի պետ, Մոսկվայի համար մղված մարտերում՝ 340-րդ հրաձգային դիվիզիայի հրամանատար։ Նրա հրամանատարությամբ դիվիզիան մարտնչել է Վորոնեժի ռազմաճակատում։ 1943 թվականին Մարտիրոսյանը նշանակվել է կորպուսի հրամանատար՝ 1-ին Ուկրաինական ռազմաճակատի կազմում (կորպուսը մասնակցել է Կորսուն-Շևչենկովսկի խմբավորման ոչնչացման մարտերին, Յաշ-Քիշնևյան օպերացիային, Լեհաստանի, Ռումինիայի գրավմանը, Վիսլա-Օդերյան, Բեռլինյան օպերացիաներին և Չեխոսլովակիայի գրավմանը)։ Կորպուսի կազմում մի քանի ամիս մարտական գործողություններին մասնակցել է ԽՍՀՄ-ում կազմակերպված չեխոսլովակյան առաջին բրիգադը՝ Լյուդվիգ Սվոբոդայի հրամանատարությամբ։ Հերոսի կոչման է արժանացել հակառակորդի դեմ մղած պայքարում հրամանատարության մարտական առաջադրանքները օրինակելիորեն կատարելու և ցուցաբերած խիզախության համար։ Մարտիրոսյանը եղել է նոր ազատագրված Կիև քաղաքի կայազորի առաջին պետը։ 1947 թվականին նշանակվել է հրաձգային զորամասի հրամանատար Մերձկարպատյան ռազմական օկրուգում։ 1950 թվականին փոխադրվել է Անդրկովկասյան ռազմական օկրուգ, որպես զորամասի հրամանատարի տեղակալ։ 1953 թվականին զորացրվել և բնակվել է Երևանում[12]։
Այս հոդվածի կամ նրա բաժնի որոշակի հատվածի սկզբնական կամ ներկայիս տարբերակը վերցված է Քրիեյթիվ Քոմմոնս Նշում–Համանման տարածում 3.0 (Creative Commons BY-SA 3.0) ազատ թույլատրագրով թողարկված Հայկական սովետական հանրագիտարանից (հ․ 7, էջ 349)։