Родился в 1964 году в Кировакане Армянской ССР. Обучался в Музыкальной школе № 1 им. Э. Кзартмяна по классам скрипки и кларнета. В 1985 году с отличием окончил Музыкальное училище им. Микаэла Тавризяна, где обучался как кларнетист под руководством Т.Г. Мкртчяна.
По окончании училища начал вести активную исполнительскую и преподавательскую деятельность. В период до 1993 года вёл классы кларнета и саксофона в музыкальной школе, которую ранее сам окончил. Одновременно служил в ВС СССР в качестве музыканта военного оркестра; работал в духовом оркестре Кировакана, где исполнял сольные партии на кларнете, и в Кироваканском драматическом театре как руководитель театрального ВИА. В течение двух лет совмещал эту работу с деятельностью в Сочи, где был участником городского духового оркестра, ударником в джаз-бэнде, а также заведовал духовым отделением в музыкальной школе в Адлере.
Имеет большой опыт игры в эстрадных ансамблях, рок- и джаз-группах. Выступал с концертами во многих городах СССР в качестве саксофониста и ударника.
В 1993–1996 годах жил в городе Ржев (Тверская область), где работал преподавателем школы искусств и артистом ансамбля народных инструментов «Веснянка». За время работы в Ржеве показал себя прекрасным исполнителем и педагогом с отличными деловыми качествами. В составе ансамбля «Веснянка» стал дипломантом и лауреатом нескольких конкурсов и фестивалей, среди которых Международный фестиваль им. Б.С. Трояновского и Международный конкурс «Балтика-Гармоника» в Санкт-Петербурге, Международный фестиваль народной музыки «Звенят цымбалы и гармонь» в городе Поставы (Белоруссия), Международный конкурс баянистов и аккордеонистов в Кастельфидардо (Италия), фестиваль народной музыки в городе Сало (Финляндия).
В 1996 году Сергей Мартиросян переехал в Санкт-Петербург. Активно участвует в творческой жизни города и области в составе джаз-рок-группы «hi-band». В составе ансамбля этно-джазовой музыки под управлением дудукиста Вардана Арутюняна выступает и гастролирует в России, СНГ и за рубежом.