Martens war ein Sohn des Seminarlehrers Johann Martens. Er studierte an der Baugewerkschule Holzminden und legte am Polytechnikum Karlsruhe die Bauführerprüfung (das erste Staatsexamen) ab. Nach längerer Tätigkeit in Süddeutschland und der Schweiz setzte er sein Studium an der Berliner Bauakademie fort, arbeitete nach dem Abschluss mehrere Jahre bei Martin Gropius und heiratete 1876 dessen Tochter Bertha Antonie (1856–1941).[2] Nach dem Tod seines Schwiegervaters machte er sich 1880 als Privatarchitekt selbständig. Nach Martens’ Tod heiratete seine Frau den Juristen Heinrich Delbrück, der in erster Ehe mit ihrer Schwester Elisabeth Caroline verheiratet war.
1890–1891: Umbau des Gebäudes der Preußischen Bodenkredit-Aktienbank in Berlin, Friedrichstadt, Hinter der Katholischen Kirche 2 (zerstört)
1890–1891: Bankgebäude des Berliner Kassenvereins in Berlin-Mitte, Oberwallstraße 3 (zerstört)
1891–1892: Villa für den Unternehmer Paul Herz in der Colonie Alsen in Berlin-Wannsee, Am Großen Wannsee 52/54 (unter Denkmalschutz)[5]
1892–1893: eigenes Wohnhaus mit Architekturbüro in (Berlin-)Charlottenburg, Fasanenstraße 26 (verändert erhalten, unter Denkmalschutz)[6] In den 1920er Jahren bewohnte der spätere PapstPius XII. den oberen Teil der zweigeschossigen Wohnung von Wilhelm Martens; im inzwischen abgetrennten unteren Teil befand sich in den 2000er Jahren die Berliner Repräsentanz des Suhrkamp Verlags.
1898–0000: Bankgebäude für den Schlesischen Bankverein in Breslau[11]
1901–0000: Bankgebäude für die Berliner Bank in Berlin, Friedrichstadt, Behrenstraße 46 / Charlottenstraße 47 / Rosmarinstraße 10 (verändert erhalten, unter Denkmalschutz, heute Sitz des Deutschen Sparkassen- und Giroverbandes)[12]
1905–0000: Bankgebäude für die Zweigniederlassung der Bergisch-Märkische Bank AG in Düsseldorf, Königsallee 45 / Benrather Straße (seit 1983 unter Denkmalschutz)
Uwe Kieling: Baumeister und Bauten. Von der Gotik bis zum Historismus. Berlin / Leipzig 1987, S. 109, S. 112, S. 229–231, S. 234.
Heinz Sarkowski, Heinz Götze: Der Springer-Verlag. Stationen seiner Geschichte. Band 1. Springer, Berlin 1992, ISBN 3-540-55221-9, S. 136 (books.google.de „Das Springer-Signet in seiner ersten Fassung von 1881 […] Ausgeführt hatte es der Architekt Wilhelm Martens, ein Freund der Familie Springer, der auch die oben erwähnten Umbauten des Verlagshauses am Monbijouplatz geleitet hatte“).
↑Das Geschäftshaus der Hypothekenbank in Hamburg zu Hamburg. In: Deutsche Bauzeitung, 34. Jahrgang 1900, Nr. 20 (urn:nbn:de:kobv:co1-opus-20823), S. 121–123.
↑Krystyna Kirschke: Fasady wrocławskich obiektów komercyjnych z lat 1890-1930. Struktura, kolorystyka, dekoracja. Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2005, ISBN 83-7085-918-6.
