Martonosról az írott forrásokban először 1237-ben történik említés, a Martinus nevű kolostor kapcsán, amelyet a tatárjárás után ismét felújítottak. Egy nemesi birtok határleírása nyomán 1335-ben martonosi nemesekről esik szó, például Bekusról, Martonosi Lőrinc fiáról, később pedig Pestyéni István de Martonos-ról is. A határleírásról szóló okirat szerint Martonos Ludasegyházzal, Gyékénytóval, Pusztaegyházzal (a mai Szalatornya) szomszédos település.A későbbiekben a törökdúlással kerül kapcsolatba a falu neve, például Tinódi Lantos Sebestyén krónikás énekeiben bukkan elő. Többször vált lakatlanná ezekben az időkben, de mindig újra benépesült. Köztudott, hogy 1552-ben a magyar hadak arattak itt jelentős győzelmet, de 1554-ben már török kézre került, három megmaradt adózó házzal, ám 1569-re ez a szám jelentősen megnövekedett.
Evlia Cselebi, a híres török útleíró a következőket jegyezte fel erődítményéről: "Martonos vára az építőjéről elnevezett régi hely, 1554-ben foglaltatott el... Várparancsnoka és 15 várkatonája van. Vára a Tisza folyó partján fekszik. Külvárosa 150 nádas magyar házat és egy templomot foglal magába."
1686 októberében ez a falu is felszabadult a törökök alól, sánca pedig ezek után a határőrvidék részévé vált, 50 gyalogossal, 25 lovassal és mintegy 300 adófizető személlyel. A későbbiekben a Rákóczi-féle szabadságharc idején többször felgyújtották. A magyar lakosság újbóli betelepedése az 1750-es években indult el, akik Mária Terézia rendeletével 1774-ben kaptak a szerb lakossággal azonos jogokat. A katonai sánc tisztjei is tőle kaptak nemesi kiváltságokat és 60 hold földet (az Egrešic , D urišic és az Eremic családok).
A falunak 1771-ben már 206 háza volt, az 1784. évi összeírás szerint pedig már hozzá tartozott Felső- és Alsó-Pucs, illetve Felső-Ostorak pusztája, határa pedig 17.848 kataszteri holdat tett ki.
Végül 1870-ben a falu megváltotta magát az úrbéri terhek alól és a külsőségek lassú betelepítésével, a tanyavilág kialakulásával fejlődésnek indult.
Martonosnak eredetileg nagyon kedvező volt a fekvése, ám a Tisza árszabályozásával, medrének megváltoztatásával ezt az adottságát elvesztette. Ma van vasútállomása, autóbusz-összeköttetése. Valamikor a Tiszán komp is közlekedett Keresztúr felé, de a kanizsai híd megépítésével elvesztette jelentőségét.
A mai Martonos falu jellegű település. Lakossága főleg mezőgazdasággal, zöldségfélék, paprika, burgonya, hagyma termesztésével foglalkozik, és fejlett az állattenyésztése is. Jelentős hagyománya van a kézműiparnak, hiszen az első céhek már 1826-ban megalakultak. Híresek voltak és maradtak a martonosi kosárfonó műhelyek és paprikaszárítók. Az igazgatás a helyi irodában és a helyi közösségben folyik.
A Martonos településnév eredetéről nincsenek pontos adatok. Kovács Istvánnak, a falu egykori jegyzőjének 1864-ben kifejtett véleménye szerint egy Márton nevű halász élt ezen a helyen "az Aranyhegyen", vagyis azon a magaslaton, amelyen a mai falu is van. Valószínűbbnek tűnik, hogy az itt épült Szent Márton kolostorral áll kapcsolatban a név, esetleg a Tisza meredek partját jelölő "mart" szóval.