Nikolai Martjanow, Sohn des wiener Forstbeamten Michail Martjanow, erhielt seine Ausbildung an den Kursen für pharmazeutische Assistenten an der medizinisch-chirurgischen Akademie in St. Petersburg und der Moskauer Universität. Er arbeitete in Apotheken in Zarskoje Selo, Moskau und St. Petersburg. 1872, nachdem er den Titel eines Apothekers erhalten hatte, zog Martjanow nach Kasan, wo er dank der Universität Kasan seine wissenschaftlichen Interessen verwirklichen konnte. Er wurde Mitglied der Universitätsgesellschaft der Naturforscher, hielt Vorträge und veröffentlichte Artikel über die lokale Flora. Doch die Wildnis zog ihn an, und als der Minusinsker Arzt A. V. Malinin ihm eine Stelle in der Stadtapotheke anbot, stimmte er zu.

Seit 1874 lebte Martjanow in Minusinsk, wo er einen Heimatkundeverein gründete und von 1877 bis 1904 das lokale Museum leitete. Er führte wissenschaftliche Expeditionen durch, erforschte den Süden der Jenissei-Region, den Kuznetsk-Alatau und die Sajanen und sammelte ethnografische Sammlungen des chakassischen Volkes. Martjanow korrespondierte aktiv mit bekannten Wissenschaftlern wie P. P. Semjonow und N. M. Jadrincev.

Im Januar 1886 kam George Kennan nach Minusinsk, der zuerst Martjanow besuchte. Kennan erinnerte sich, dass Martjanow ein herzlicher Gastgeber war, über die Reise der Gäste aus den Zeitungen Bescheid wusste und sich freute, dass sie Minusinsk besuchten. Martjanow äußerte bescheiden die Befürchtung, dass das Museum möglicherweise nicht den Erwartungen entsprach, bot jedoch an, es zu besichtigen. Das von Martjanow gegründete Minusinsker Museum wurde trotz bescheidener Mittel zu einem bedeutenden Erfolg. Er begann sofort nach seiner Ankunft in Minusinsk mit dem Sammeln von Sammlungen und zog dabei Schüler und Lehrer in seine Aktivitäten ein. Bald begannen die Sammlungen in seiner Apotheke einzugehen, und nach zwei Jahren hatte er etwa 1500 Objekte und eine Bibliothek mit mehr als 1000 Büchern gesammelt.

Im Jahr 1879 umfasste das Museum mehr als 6000 Objekte, und die Bibliothek etwa 3100 Bände. Bald zog das Museum in ein neues Gebäude um, wo es sechs oder sieben Räume einnahm. Die Sammlungen des Museums wurden in sechs Abteilungen klassifiziert: Naturgeschichte, Ethnografie, Archäologie, Landwirtschaft, Industrie und Lehrmittel.

Kennan übergab Martjanow Briefe von N. M. Jadrincev und I. T. Sawenkow, die den Reisenden und seinen Begleiter empfahlen. Martjanow stellte Kennan den Mitgliedern des Museumskomitees vor und organisierte eine Reise in die Katschin-Steppe, um die lokale Bevölkerung kennenzulernen. Diese Aktivitäten dienten als Deckmantel für das Hauptziel von Kennan, die Begegnung mit politischen Exilanten.

Am 4. Februar verabschiedete sich Kennan von Martjanow und seinen Kollegen, die ihn bis zur Straße nach Tomsk begleiteten. Im April 1886 wurde ein Komitee zur Errichtung eines Gebäudes für das Museum gegründet, und im Mai 1887 wurde das Fundament gelegt. 1890 wurde das Museum in seinem eigenen Gebäude eröffnet, und bei der Zeremonie sprachen Martjanow und andere Vertreter der lokalen Behörden.

Martjanow war Mitglied verschiedener wissenschaftlicher Gesellschaften und wurde mit den Orden St. Stanislaus und St. Anna für seine Verdienste um die Gesellschaft ausgezeichnet. Doch die intensive Arbeit untergrub seine Gesundheit, und 1904 begab er sich zur Behandlung in die Krim, wo er am 13. Februar verstarb. Seine Beerdigung wurde zu einem Ereignis für die ganze Stadt.