Увлечение театром Андрей пронес и через школьные годы. Как-то на школьном конкурсе он приготовил инсценировку рассказа Чехова «Канитель». Успех был просто невероятный. Все шло к тому, чтобы Андрей стал настоящим актером…

Андрею Мартынову было 16 лет, когда в Иваново приехал на гастроли МХАТ. Юноша, набравшись смелости, позвонил в гостиницу самому Алексею Николаевичу Грибову и попросил устроить ему прослушивание. Знаменитый актер не отказал ему.

На следующий день Андрей явился в гостиницу и начал читать заранее подготовленный монолог. Алексей Грибов остановил его, не дослушав. «А вы понимаете, что вы читаете?» — спросил он. «Ну конечно, понимаю», — ответил юноша. «А мне кажется, вы не понимаете, что вы читаете», — сказал Алексей Николаевич и прочитал небольшой отрывок.
«То есть он мне показал этюд как надо, вот общение. Я был совершенно пораженный вот этим маленьким кусочком мастерства, который он мне продемонстрировал», — вспоминал Андрей Мартынов. Тем не менее, юноша видимо ему приглянулся, и Грибов в тот же день познакомил его с другим мхатовским актером – Николаем Алексеевым.

Спустя некоторое время после отъезда актеров Андрею пришла из столицы телеграмма от Алексеева с приглашением на экзамены. Окрыленный юноша отправился в Москву. Однако там его постигла неудача – на экзаменах в Школе-студии МХАТ он провалился. То же самое ждало его и в Щукинском училище.

Андрей проработал год на стройке, а затем вновь предпринял новую попытку и она увенчалась успехом – его приняли в ГИТИС.

Повесть Бориса Васильева «…А зори здесь тихие» рассказывающая о трагической судьбе девушек-зенитчиц, вышла в журнале «Юность» в 1969 году. Пронзительная история не оставила никого равнодушным. Большое впечатление произвела она и на Андрея Мартынова, который тогда учился на последнем курсе ГИТИСа. А осенью 1970 года за экранизацию произведения взялся режиссер Станислав Ростоцкий.

На главные роли Ростоцкий пригласил никому не известных актрис. Исключение составляла лишь Ольга Остроумова, успевшая приобрести популярность в его же картине «Доживем до понедельника» (История создания фильма). На главную мужскую роль режиссер планировал знаменитого Георгия Юматова. Но на пробах Юматов больше походил на городского супермена, нежели на крепкого вологодского мужика. Вот тут-то на горизонте появился Андрей Мартынов, а предложила его кандидатуру ассистентка Ростоцкого. Она присутствовала на дипломном спектакле Мартынова, где он играл вместе с Ольгой Остроумовой (они вместе учились в ГИТИСе), и молодой актер ей понравился.

К этому моменту Андрей Мартынов уже окончил ГИТИС и работал в московском ТЮЗе, исполняя роли каких-то медведей и чудищ. Когда его пригласили на пробы, он был просто счастлив. Он вспоминал: «Мне очень хотелось играть эту роль. Потому что я прочитал. Я понял по внутренней линии, что это мое, что все вот те ноты высокие, которые заданы автором, я понимал, что такой больше картины не будет никогда, такого произведения не будет, что герою нужно пережить пять смертей. Это даже у Шекспира не всегда бывает, понимаете. Пять смертей и каждую по-разному. И это все, так сказать, душило меня, так сказать, эмоциями».

Тем не менее, первые пробы Мартынов провалил. Перед камерой актер выглядел зажатым и скованным. Ростоцкий не стал делать поспешных выводов и решил лично позаниматься с актером. В течение двух недель он репетировал с Мартыновым отдельные эпизоды. Когда же худсовету представили новые пробы актера, то это был уже совсем другой персонаж – и грудь колесом, и глаза блестели. На худсовете заявили: «Вот это уже то, что надо», на что режиссер рассмеялся: «Да это же тот самый актер, которого вы недавно мне забраковали!»

Павильонные съемки фильма начались весной 1971 года, а в мае группа выехала в Петрозаводск. Полнометражный двухсерийный фильм предстояло снять за один летний сезон. Вся группа работала без выходных, ложились за полночь, а вставать приходилось иногда на рассвете.

Мартынов очень органично вошел в роль старшины Васкова. Еще второкурсником театрального института Андрей был призван в армию, поэтому умел и портянки наматывать, и стрелять, и ходить строевым шагом. Все эти навыки теперь ему пригодились. Для того чтобы выглядеть правдоподобнее, актер отрастил себе пышные усы. Кроме того, Мартынов вспомнил, как в детстве, живя в Иванове, он разговаривал окая. Это привнесло в его образ особый колорит.

В 1972 году картина вышла на экраны и тут же завоевала сердца миллионов зрителей, превратив Андрея Мартынова в одного из самых популярных и любимых актеров. Его герой поражал своей фантастической естественностью, от него исходило такое удивительное мужское обаяние, что все женское народонаселение тут же негласно объявило его своим кумиром.

В том же году картина «А зори здесь тихие» получила приз на Венецианском фестивале, а через год была номинирована на «Оскар».

В 1973 году режиссеры Краснопольский и Усков приступили к экранизации романа Валентина Иванова «Вечный зов»рассказывающей о династии братьев Савельевых. На роль Кирьяна Инютина они пригласили уже ставшего известным Андрея Мартынова.

Он признавался, что поначалу этот персонаж показался ему даже не второстепенным, а третьестепенным. Однако в процессе съемок все изменилось. Актер своим талантом сумел вывести Кирьяна в ряд главных героев. Многосерийная картина представляла собой своеобразную художественную хронику жизни сибиряков, на долю которых выпало три войны, революция, становление нового строя и все те драматические события, которыми так богат был прошлый век.

Мартынову впервые пришлось играть героя на протяжении большого промежутка жизни. На экране он прожил целую жизнь, пронеся через нее любовь к своей Анфисе (ее блистательно сыграла актриса Тамара Семина).
К 1976 году была окончена съемка 12 серийной версии фильма по первой книге романа. Однако к показу на телевидении допустили лишь первые шесть, а остальные, повествующие о периоде сталинских репрессий, по приказу «сверху» положили «на полку».
Спустя три года, перед началом работы над экранизацией второй книги, по решению ЦК, личному распоряжению руководителя Гостелерадио Сергея Лапина и председателя КГБ Юрия Андропова режиссерам было предложено исправить те серии, из-за которых вторая часть фильма не появилась на экране.

Полностью (19 серий – экранизация первой и второй книг романа) «Вечный зов» вышел только в 1982 году и был отмечен Государственной премией СССР. Режиссерам пришлось пожертвовать многими эпизодами и внести в картину существенные изменения. Но это ей не помешало стать необыкновенно популярной в народе
Огромную любовь зрителей вызывал персонаж Андрея Мартынова. Он даже в какой то степени затмил первую работу актера – старшину Васкова. И не случайно впоследствии многие годы Андрея Мартынова в народе называли Кирьяном.

В 70-е годы произошли изменения и в личной жизни актера. У многих вызвало удивление его свадьба на иностранке. С немкой Франциской Андрей Мартынов познакомился на фестивале в Германии. Она окончила Московский Государственный Университет, свободно говорила по-русски и прекрасно знала нашу литературу. В Германии Франциска стала доктором наук, первой защитив диссертацию по творчеству Василия Макаровича Шукшина.

Супруги прожили вместе несколько счастливых лет. Но потом все же расстались, поскольку так и не смогли определиться, в какой стране им жить. Франциске было тяжело подолгу находиться вдали от родины. То же самое испытывал Мартынов в Германии. Правда, по документам Франциска по-прежнему остается его женой. Когда они пришли в один из московских ЗАГСов, чтобы развестись, там лишь пожали плечами: «Не мы вас расписывали – не нам вас и разводить». А специально для этого ехать в Германию Мартынов не захотел. Их общий сын, Александр, окончил институт в Берлине и стал театральным художником.

В 1981 году Андрей Мартынов ушел из театра. Как он объяснял свой поступок сам — не выдержал закулисных интриг. С этого времени он, став актером киностудии имени М.Горького, полностью отдал себя кинематографу. Уже в том же 1981 году Мартынов сыграл главные роли сразу в нескольких картинах: семейном фильме Александра Згуриди и Наны Клдиашвили «Крепыш», драме Николая Лырчикова «Мы жили по соседству» (Сергей), производственной драме Владимира Басова «Факты минувшего дня».

И в последствии у Андрея Мартынова не было недостатка в предложениях. Нередко ему доводилось сниматься в военных картинах: «Здесь твой фронт», «Битва за Москву», «Секунда на подвиг», «Без права на провал». Были в его биографии фильмы и других жанров: исторические («Царь Иван Грозный», «Гулящие люди», «Царевич Алексей»), приключенческие («Внимание, всем постам!»), комедии («Удачи вам, господа!») и другие. Тем не менее, ни одна из его последующих ролей не может даже сравниться по популярности ни со старшиной Васковым, ни с Кирьяном Инютиным.

Долгое время Андрей Мартынов работал на дубляже зарубежных фильмов. Его голосом говорил Марлон Брандо в «Крестном отце» (История создания фильма) и другие мировые звезды.
Последние годы Андрей Мартынов отошел от кинематографа.