Nascido em Turim, Itália, Martens iniciou a sua carreira artística como pintor, mas depressa se sentiu atraído pela arte do vidro. Em 1926, entrou para a empresa de vidro veneziana Aureliano Toso, onde trabalhou de perto com o mestre vidreiro Antonio Salviati.
Durante a sua carreira, Martens desenhou peças de vidro para muitas empresas italianas, incluindo Venini, Seguso Vetri d'Arte e Aureliano Toso. Era conhecido pela sua capacidade de criar peças de vidro complexas e coloridas, muitas vezes inspiradas na natureza e em formas orgânicas.
Na década de 1950, Martens começou a trabalhar para a empresa de vidro Aureliano Toso, onde criou peças de vidro mais abstractas e modernas, utilizando técnicas de vidro fiado e gravura em areia. As suas criações foram muito apreciadas por coleccionadores e museus de todo o mundo.
Atualmente, as obras de Dino Martens estão expostas nos museus mais prestigiados do mundo, incluindo o Metropolitan Museum of Art em Nova Iorque e o Victoria and Albert Museum em Londres.