Seinen ersten Musikunterricht erhielt er durch seinen Vater, einem Violinisten. Später lehrte ihn Padre Pradieri Cembalo; Kontrapunkt lernte er bei Giovanni Antonio Riccieri.

1722 trat er in den Minoritenorden ein. Er unternahm zu seiner Ausbildung große Reisen und widmete sich dann ausschließlich der Musik. 1725 wurde er Kapellmeister der Franziskanerkirche in Bologna, wo er mit seinen Kompositionen die Aufmerksamkeit auf sich zog. Er gründete hier eine Musikschule, die nach seinem Tod von seinem Schüler Mattei bis ins 19. Jahrhundert fortgeführt wurde und viele namhafte Künstler Italiens und des Auslands ausgebildet hat. Als Lehrer bevorzugte er die alte römische Kompositions-Tradition. Er war ein bedeutender Musiktheoretiker, der eine Bibliothek von rund 15.000 Bänden besaß. Auf einer seiner Italienreisen machte Leopold Mozart mit seinem Sohn Wolfgang in Bologna Station, um dessen Kunst dem Padre Martini vorzustellen. Auch andere Komponisten suchten Martinis Rat, wie Johann Christian Bach, Giovanni Battista Cirri [1] , Vicente Martín y Soler, Christoph Willibald Gluck, Niccolò Jommelli, André Grétry und weitere.

Er war hochgeehrt in ganz Europa sowohl wegen seiner Fähigkeiten als Tonsetzer als auch seiner Kenntnisse als Musikhistoriker.

Martini schuf zahlreiche kirchliche Kompositionen, die meisten blieben ungedruckt. Das "Liceo" in Bologna besitzt mehrere Manuskripte, zwei Oratorien, ein Requiem, die "Litaniae atque antlphonae finales B. V. Mariae" von 1734, Kantaten und Arien, zwölf "Sonate d'intavolalura, sechs Sonaten für Cembalo und Duetti da camera" (Sonaten für Flöte und Generalbass, Konzerte für Flöte und Orchester). 1744 komponierte er eine Oper "L'Impresario delle canarie".

Sein bedeutungsvollstes Erbe sind die theoretischen Werke:

Seine Fähigkeiten als Tonsetzer bewahrte er in seinem Lehrbuch "Saggio fondamentale pratico di contrapunto", die als Musikhistoriker in seiner berühmten "Storia della musica", welche, wenn auch unvollendet und einer systematischen Anordnung ermangelnd, doch vielen späteren musikhistorischen Werken als Ausgangspunkt gedient hat.