Beshinchi sinfda Sergey havaskor teatr a'zosi bo'lishni boshladi. 1923 yilda Petrograddagi Sahna san'ati institutini tugatdi, "Ozod teatr" va "Volnaya komediya" teatrlarida ishladi.
1925 yilda Sergey Martinson Vsevolod Meyerxoldning taklifiga ko'ra Moskvaga ko'chib o'tdi va uning teatrida ish boshladi. Ushbu sahnada aktyor 1938 yilgacha ishladi, shu bilan birga Myuzik-xoll va Inqilob teatrining spektakllarida ishtirok etdi.
Sergey Martinsonning kino karerasidagi birinchi ishi Grigori Kozintsev va Leonid Traubergning "Oktyabrina sarguzashtlari" filmidagi Kulij Kerzonovich Puankare roli bo'ldi. Keyinchalik u "Bratishka", "Ikki uchrashuv", "Dezertir", "Marionetkalar", "Baliqchilar qo'zg'oloni", "Tabordan do'stlar", "Oltin kalit" va "Oppengeymlar oilasi" kabi filmlarda rollar o'ynadi.
Buyuk Vatan urushi yillarida mamlakat uchun og'ir bo'lgan davrda sovet kinostudiyalari harbiy vatanparvarlik filmlarini jangovar ruh ko'tarish uchun, shuningdek, og'ir vaziyatni engillashtirishga yordam beradigan komediyalarni chiqarib turardi. Shu vaqt ichida Sergey Aleksandrovich Martinson "Anton Ivanovich g'azablanadi", "Jangovar kinotoplam 7", "Sehrli don", "Jangovar kinotoplam 11", "Shveykning yangi sarguzashtlari", "Biz Uralla" va "To'y" filmlarida ishtirok etdi. Isidor Annenskiyning "To'y" komediyasidagi telegrafchi Yat roli Sergey Martinsonning eng yaxshi kino ishlaridan biri hisoblanadi.
Urushdan keyingi yillarda aktyor sovet multfilmlarining ovozini berishda faol ishtirok etishni boshladi. Tomoshabinlar uning ovozi bilan gapiradigan qahramonlarni "Feda Zaytsev", "Yo'qolgan hujjat", "Jodugar bola", "Qor malikasi", "Mushukning uyi", "Petya va Qizil qalpoqcha", "Uzoq orol siri", "Insoncha chizdim", "Dyumovochka", "Cho'ban va Tuba tozalovchi" va "Maugli" multfilmlaridan eslab qolishlari mumkin.
To'liq metrajli filmlardagi rollarga kelsak, Sergey Aleksandrovich "Sherlok Xolms va doktor Uotson: Baskervillarning iti", "Hayot, ko'z yoshlari va sevgi", "Ruslan va Lyudmila" va "Yarim soat mo''jiza" kabi filmlarda ishlari bilan mashhur.
Aktyor 1984 yil 2 sentyabrda Moskvada vafot etdi.
