Nasce a Treviso l'11 agosto 1889 e frequenta, a partire dal 1904, la Scuola Serale e Domenicale Arti e Mestieri. Martini inizia quindi a produrre ceramiche e medaglioni con ritratti e dal 1905 lavora presso il laboratorio di ceramica Cacciapuoti e Sebellin. Vinta una borsa di studio del Comune di Treviso, si trasferisce a Venezia e si iscrive alla Scuola Libera del Nudo dell'Accademia di Venezia. Inizia ad esporre alle Mostre venete e si reca, nel 1909, a Monaco di Baviera. Rientrato a Treviso nel 1911 espone due sculture, dodici illustrazioni per "ça ira" di Carducci e quindici incisioni alla Mostra dell'Opera Bevilacqua La Masa a Ca' Pesaro. E' poi la volta di Parigi, nel 1912, in compagnia di Gino Rossi e della partecipazione al Salon d'Automne con lo stesso Rossi, Modigliani, De Chirico ed Andreotti.

Il Poeta Cechov 1921

Il Figliuol Prodigo 1926

Il Bevitore 1926

Tobiolo, collezione privata 1934

Nel 1914, a Roma, partecipa alla II Secessione; sono anni, questi, in cui Martini si sposta tra Parigi, Roma e Treviso ove torna nel 1915. Chiamato alle armi, fa richiesta di essere inviato come fonditore presso una fabbrica di armi sì da imparare le tecniche di fusione. Congedato nel 1919 esegue numerosi gessi e alla fine dell'anno, a Milano, accetta la proposta dell'industriale Piero Preda che in cambio di opere gli offre ospitalità in una villa sul lago di Como ed uno stipendio mensile. Nel 1920, a Milano, Arturo Martini realizza la sua prima personale presentata da Carlo Carrà. Dietro invito di Mario Broglio entra a far parte di Valori Plastici e con il gruppo espone in Germania.

Si divide ora tra Vado Ligure e Roma dedicandosi, ad Anticoli Corrado, alla realizzazione di otto formelle per la Biennale Romana del 1925, ove gli viene riservata una sala personale.

Palinuro, Università Padova 1946

Tito Livio (Università Padova 1942

Il pastore

Cavalla che allatta

Nel 1926 è presente alla I Mostra del Novecento Italiano e, per la prima volta, alla Biennale di Venezia. Si susseguono le Mostre a carattere nazionale cui Martini partecipa con altorilievi, bassorilievi in gesso, maioliche e ceramiche. Nel 1929 partecipa alla II Mostra del Novecento Italiano; appartengono a questo periodo le opere più celebri realizzate dall'artista: Il Cieco, Il Bevitore, La Pisana, Donna al sole e la Maternità. Nel 1931 ottiene il primo premio per la scultura alla I Quadriennale di Roma dove espone sette grandi opere; in tale occasione dona la grande terracotta Il Pastore al Governatorato di Roma. Del 1935 la statua di Athena per il piazzale dell'Università.

Alla fine del 1939 inizia a dipingere tenendo la sua prima personale di pittura nel 1940 a Milano.

Nel 1941 realizza alcune opere a Carrara che gettano le basi per nuove ricerche plastiche. Ormai stanco e in crisi scrive, nel 1945, il testo La scultura lingua morta, ed accetta, nel 1946 il suo ultimo incarico ufficiale, il Monumento al Partigiano Masaccio.