Он увлёкся театром еще в старших классах школы и, несмотря на свою застенчивость, решил записаться в драматический кружок. Он сыграет множество ролей в театре, будет сниматься в кино, но популярность придёт к нему после выхода на экраны фильма «Следствие ведут ЗнаТоКи», где Георгий Мартынюк воплотит роль следователя Знаменского. После этого поклонницы будут сопровождать его всюду, предлагать ему руку и сердце. У него будет неудачный опыт семейной жизни, и лишь в зрелом возрасте ему доведётся пережить и большое счастье и самую горькую потерю.
В 1985 году в жизни Георгия Мартынюка произошла страшная трагедия: 20-летней погибла его единственная дочь Лиза. По одним сведениям, это была внезапная остановка сердца, по другим – самоубийство вследствие неразделённой любви. Он долго переживал потерю, винил себя в том, что уделял недостаточно внимания дочери. до конца жизни не смог смириться с потерей...
Впервые Георгий Мартынюк женился в 25 лет, на актрисе Валентине Марковой. Тогда им обоим казалось, что это – любовь на всю жизнь, что вместе они пройдут все испытания и преодолеют невзгоды. Они познакомились в ГИТИСе, где вместе учились. У них была общая профессия, общие интересы и желание быть вместе. В 1965 году в молодой актерской семье появилась дочь Лиза.
Кинокарьера Георгия Мартынюка постепенно набирала обороты, однако звездный час актера был еще впереди.
В начале 70-х проводились глубокие реформы советской милиции. Руководством министерства внутренних дел было решено повысить престиж правоохранительных органов. Сценаристам Ольге и Александру Лавровым поручили написать сценарий и создать образ честного, порядочного и человеколюбивого сотрудника МВД.
В первый же год зрители увидели четыре телепостановки «Следствие ведут ЗнаТоКи», а главных героев сыграли: Георгий Мартынюк (следователь Пал Палыч Знаменский), Леонид Каневский (инспектор Томин), Эльза Леджей – (эксперт-криминалист Зинаида Кибрит). Всего создали 35 серий, последняя была в 1989 году.
В феврале 1971 года, после первой серии телеспектакля «Следствие ведут ЗнаТоКи», Георгий Мартынюк, Леонид Каневский и Эльза Леждей проснулись знаменитыми. Слава была сумасшедшая.
Популярность росла день ото дня. Казалось, режиссеры должны были завалить новых звезд предложениями. Но получилось все ровно наоборот. На участие актеров в других проектах наложили негласное табу: невозможно было представить, чтобы исполнители образцовых работников МУРа, которым не разрешалось в кадре даже курить, играли кого-то еще, тем более воров или убийц…
Поэтому когда сериал длиной в 18 лет завершился, оказалось, что никому честная троица «МУРовцев» не нужна: воспринимали их теперь исключительно как Знаменского, Томина и Кибрит. Да и страна героев к тому времени сильно изменилась…
Разногласия с первой женой Мартынюка, актрисой Валентиной Марковой, произошли после выхода на экраны телесериала «Следствие ведут ЗнаТоКи». Маркова ревновала мужа к поклонницам. Постоянные ссоры и недопонимание привели к разводу.
Расставание для Валентины и Георгия было болезненным. Они перестали общаться, но никогда не говорили друг о друге плохо. К сожалению, судьба их единственной дочери сложилась печально. По некоторым сведениям, из-за неразделенной любви, Лиза свела счеты с жизнью. Ей было всего 20 лет.
Пережить невосполнимую утрату Георгию Яковлевичу помогла вторая жена Ниёле Прановна. На тот момент они уже шесть лет были женаты.
Общих детей у них не было. Однако актер стал хорошим отчимом дочери супруги – Татьяне.
Знакомство Георгия и Ниёле произошло в больнице, где Мартынюк проходил курс лечения. Женщина была его лечащим врачом. Старалась не смущать известного «Знатока» и относилась к нему, как к обычному пациенту. Их роман развивался стремительно. Когда поняли, что жить друг без друга не могут, подали заявление в ЗАГС.
Второй брак оказался счастливым. Супруги старались каждую свободную минутку проводить вместе, не давать повода для ревности. В 2001-м году актер почувствовал недомогание. После обследования ему поставили диагноз – обструктивная болезнь легких. Врачи сделали сложную операцию, и она продлила Мартынюку жизнь.
...В последние годы Георгий Яковлевич не мог сниматься в кино и выходить на сцену. После перенесенной пневмонии его здоровье резко ухудшилось. Часто кружилась голова, донимали приступы. 13 февраля 2014 года талантливого актера не стало. Ему было 73 года.