Родился 20 января 1915 года в с. Березняки (Черкасская область). Украинец. В армии с 1933 года. В 1934-1938 годах служил в первой эскадрилье НКВД. В 1939 году окончил Харьковское военное училище НКВД, в 1940 году - Энгельсское военное авиационное училище. На фронте с июня 1941 года. Заместитель командира 187-го отдельного корректировочно-разведывательного авиационного полка 15-й воздушной армии (2-й Прибалтийский фронт) майор Мартыненко совершил 194 боевых вылета на корректировку артиллерийского огня, бомбардировку, воздушную разведку и фотографирование оборонительных и инженерных сооружений противника. В 14 воздушных боях сбил 4 самолета противника. Погиб 27 октября 1944 года. Награжден орденом Ленина, четырьмя орденами Красного Знамени, медалями. В с. Березняки была установлена мемориальная доска.
Звание Героя Советского Союза присвоено 24 марта 1945 года (посмертно).