Леонид Мартынов дебютировал в печати в 1921 заметками в омских газетах «Сигнал», «Гудок», «Рабочий путь».
Первые стихотворения были напечатаны в сборнике «Футуристы», изданном в походной типографии агитпарохода «III Интернационал». Он входил в футуристическую литературно-художественную группу «Червонная тройка» (1921-1922).
В 1924 году Мартынов стал разъездным корреспондентом газеты «Советская Сибирь» (Новониколаевск), он исколесил всю Западную Сибирь и Казахстан. Участвовал в геологических экспедициях.
В 1930 году в Москве вышла первая книга Мартынова – очерки о Прииртышье, Алтае и Казахстане «Грубый корм, или Осеннее путешествие по Иртышу» (1930).
В 1932 Леонид Николаевич Мартынов был арестован по обвинению в контрреволюционной пропаганде и осужден по делу так называемой «Сибирской бригады» по статье 58/10 УК РСФСР к высылке на три года в Северный край. (Реабилитирован прокуратурой СССР 17 апреля 1989 посмертно).
Административную ссылку Леонид Мартынов провел в Вологде, где жил с 1932 до 1935. Работал в местной газете «Красный Север», там он встретился с будущей женой, Ниной Поповой. После ссылки они вдвоем вернулись в Омск.
В 1939 к Мартынову пришла литературная известность: вышла книга «Стихи и поэмы» (Омск, 1939).
В 1942 Мартынов был принят в Союз писателей СССР. В 1943 Симонов предложил ему свое место фронтового корреспондента в «Красной Звезде». Мартынов вернулся в Омск «за вещами», но был тут же призван в армию, в Омское пехотное училище. По состоянию здоровья был освобожден от военной службы, и служил как литератор – писал историю училища.
Сборник «Лукоморье» вышел в 1945 году.
В феврале 1946 Леонид Мартынов переезжает в Москву. В декабре 1946 в «Литературной газете» вышла разгромная статья В.М. Инбер о книге стихов «Эрцинский лес» (Омск, 1946). После резкой критики и «проработки» в Москве, Омске и Новосибирске тираж книги был уничтожен, и доступ к печати закрылся на девять лет.
Все это время поэт писал «в стол» и зарабатывал переводами.
Первая книга после вынужденного простоя вышла в 1955. Книга «Стихи» была «первым поэтическим бестселлером» после войны, сразу стала редкостью.
В 1960-1970 Мартынов пишет книгу мемуарной прозы, которую задумывал назвать «Стоглав».
В 1974 вышел первый сборник автобиографических новелл «Воздушные фрегаты». По красоте стиля и широте охвата его можно назвать «энциклопедией» жизни омских художников 1920-1940-хх годов.
Второй сборник новелл – «Черты сходства» – вышел после смерти поэта (1982). И спустя четверть века, в 2008 были напечатаны все остальные новеллы книги «Стоглав» (2008).
21 июня 1980 года поэт умер. Похоронен в Москве на Востряковском кладбище.
Сотрудники Центральной библиотеки оформили выставку: "Какой ты след оставишь..."