Река на которой находится деревня Мартемьяново, имеет два названия: Малая Пахра и Десна. Эти названия подтверждают, что эта река является притоком Пахры.
Ранняя история Мартемьянова известна по писцовым книгам. До 1627 года Мартемьяново принадлежало князю Ивану Федоровичу Троекурову. Затем эта деревня перешла во владение его сына, Бориса Ивановича. В то время население Мартемьянова было совсем небольшим. В этой деревне проживало 10 человек (мужчин, а женщины не брались в расчет).
В 1646 году крепостное население составило уже 56 человек, опять-таки мужчин.
Затем до 1773 года деревней владели потомки Троекурова. Сам троекуров отличался жестокостью. В любое время года заставлял проходивших мимо его дома крестьян снимать шапки и одевать их только пройдя мимо Божьего храма.
С Троекуровым связана история основания деревни. Один из первых Троекуровых меняет собаку на крестьянскую девушку, а затем покупает или выигрывает в карты ей жениха, и поселяет уже создавшуюся семью на том месте, где сейчас находится деревня.
От 1773 года и далее мы имеем отрывочные, в основном от старожилов, сведения.
Среди владельцев был помещик Мартемьянов, именем которого названа деревня. В деревне ещё не забыли имя баронессы Штормер, которая прославилась тем, что перед отменой крепостного права до смерти засекала своих крепостных медными прутьями. За это она была сослана в Сибирь.
Первым председателем Мартемьяновского колхоза была Евдокия Дмитриевна Головина. После войны в колхозе выращивали арбузы и дыни.
Официальная история Мартемьянова начинается с 1627 года. Уже тогда в деревне имелась Церковь Георгия Великомученника. Неподалёку располагался Георгиевский погост (т. е. кладбище). Когда была построена каменная Церковь нам неизвестно, но её останки сохранились до наших дней. Архитектурный стиль этой Церкви - ампир, со свойственными ему элементами классицизма. Скорее всего, Церковь была построена в конце прошлого века. Внутреннее убранство Церкви полностью утрачено. В послевоенное время в Церкви располагался завод. До последнего времени на первой колокольне стояла французская пушка - трофей 1812 года. В 30-х годах эту Церковь решили ликвидировать. При опускании колокола от него откололся огромный кусок. На этом колоколе было написано приблизительно следующее: "Сей колокол отлит по повелению отца Константина". Это имя старого священника Мартемьяновской Церкви. Место, где жил священник, находилось рядом с Церковью и называлось поповкой (от слова поп).
В этом же здании располагалась церковно-приходская двухклассная школа.
Когда закрывали церковь, уничтожили большое количество документов. Из них документы о смертности, рождаемости, браках и так далее. Церковные документы являлись как-бы летописью той местности.
Возле приходской церкви находилось имение Свавицких Апполинария Николаевича и Мильды Карловны, которые были гувернерами у богатого конозаводчика из деревни Горюшки Копцова.
Сейчас мы направляемся в Горюшки, в бывшие владения Копцова. В этой деревне находилась небольшая школа.
В 1917 году окрестные сёла проявили большой интерес к этой деревне. После Октябрьской революции, Копцов отдал все ключи от сараев, конюшен и других помещений, и попросил крестьян не разорять его дом, а устроить в нём школу. Копцов остался доволен, посетив через несколько лет свои бывшие владения и узнав, что в его доме находится, и липовая аллея и парк в хорошем состоянии.
В 2000 году началось возрождение Троицкого храма. На данный момент храм полностью восстановлен, в нем регулярно совершаются богослужения!