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Second enfant d'Édouard Martens, de nationalité belge, et d'Adèle Hersent son épouse, née à Neuilly-sur-Seine, Ernest Édouard Martens a une sœur, Marie (née en 1863).
Après ses études à Passy, il s'inscrit en 1883 à l'école de dessin de la Ville de Paris. Il fait ses premières expositions vers 1893 et débute au Salon des artistes français de 1896.
De ses voyages, il rapporte des vues de Bruges, de la Bretagne, ainsi que de l'Ardèche, où il passera trois ans à Ruoms pour se soigner d'une tuberculose. Il pratiquait également l'encadrement et la restauration.
En 1902, il épouse Lucie qui sera son modèle préféré et dont il divorcera en 1922.