Герой Советского Союза (21.03.40). Награжден орденом Ленина, тремя орденами Красного Знамени, орденом Суворова 3-й степени, орденами Отечественной войны 1-й и 2-й степени, орденом Красной Звезды, медалями, иностранным орденом.
Родился в семье крестьянина. Мордвин. Окончил семилетку, а затем совпартшколу в г. Саранске Мордовской АССР.
В РККА с 1930 г. Член ВКП(б) с 1931 г. В 1931 г. окончил Вольскую военную объединенную школу летчиков и авиатехников, в 1933 г. – 2-ю военную школу летчиков в г. Борисоглебске, а в 1936 г. – курсы командиров звеньев при ней.
Участвовал в советско-финской войне. Был командиром эскадрильи 48-го сбап 18-й сбаб ВВС 7-й армии Северо-Западного фронта. Совершил 46 боевых вылетов. В сложных метеоусловиях, умело маневрируя, точно бомбил с малых высот цели противника.
2.02.40 г. от попадания вражеского снаряда в его самолет в правой плоскости вырвало нижнюю и верхнюю обшивку, повредило водяную систему, но Мартынов не растерялся. На одном моторе с разбитой плоскостью он продолжал выполнять задание. Только после того, как бомбометание было успешно завершено, командир эскадрильи взял курс на свою территорию и произвел посадку на ближайшем аэродроме
В наградном листе Мартынова указывалось: «Благодаря умелому руководству комэска капитана Мартынова, который своим личным примером увлекает людей в бой, на подвиг, на геройство - эскадрилья сколочена и горит желанием выполнять любое задание при любых метеоусловиях».
21.03.40 г. капитану Мартынову Михаилу Ивановичу присвоено звание Герой Советского Союза. Ему была вручена медаль «Золотая Звезда» № 196.
Участвовал в Великой Отечественной войне. Был заместителем командира, а затем командиром 261-го бомбардировочного авиаполка. Летал на Пе-2.
В его боевой характеристике указывалось: «Подполковник Мартынов является лучшим в дивизии командиром полка. Энергичный, сильный, решительный командир. На все более ответственные задания вылетает всегда сам. Пользуется большим авторитетом среди личного состава полка и командного состава дивизии…
261-й авиаполк является лучшим полком в дивизии в боевой работе и представлен мною к званию гвардейского.
14.01.43. Командир 204-й БАД генерал-майор авиации Ушаков».
Приказом НКО СССР № 265 от 03.09.43 г. и Директивой Генштаба № Орг/10/138919 от 04.09.43 г. 204-я бад была преобразована в 3-ю гвардейскую бомбардировочную авиадивизию, а 261-й бап - в 123-й гвардейский бомбардировочный авиаполк.
Вскоре подполковник Мартынов был назначен заместителем командира 3-й гвардейской бомбардировочной Смоленской орденов Суворова и Кутузова авиационной дивизии.
В 1944 г. полковник Мартынов окончил курсы усовершенствования офицерского состава при Военно-воздушной академии. Затем служил в ВВС Войска Польского.
Всего за годы Великой Отечественной войны он совершил 126 боевых вылетов на пикирующем бомбардировщике Пе-2.
В 1951 г. окончил Военную академию Генштаба. Служил на командных должностях в ВВС и в Главной инспекции МО СССР.
С 1970 г. генерал-лейтенант авиации Мартынов в запасе. Жил в Москве.