Florian Martens begann seine Schauspielkarriere am Theater, fand aber schnell den Weg vor die Kamera. Zunächst in Nebenrollen, später auch in Serienhauptrollen war er vorwiegend in Krimi-Serien und -Reihen zu sehen und arbeitete wiederholt mit Dieter Wedel zusammen. Die größte Popularität dürfte ihm die Hauptrolle in der Serie "Ein starkes Team" eingebracht haben.
Geboren wurde Florian Martens am 27. Dezember 1958 in Berlin. Er entstammt der kurzen Beziehung zwischen dem berühmten Schauspieler Wolfgang Kieling und dessen Kollegin Ingrid Rentsch, die später den Schauspieler und Regisseur Hans Joachim Martens heiratete. Florian Martens selbst kam erst auf Umwegen zur Schauspielerei, träumte zunächst von einer Karriere als Jockey und absolvierte schließlich eine Lehre als Baumaschinist, bevor er sich doch bei der Ernst-Busch-Schauspielhochschule bewarb und angenommen wurde. Martens, Typ harte Schale, weicher Kern, erhielt nach seiner Ausbildung ein festes Engagement an der Volksbühne Berlin. Seine Fernsehkarriere startete er mit zahlreichen Gastrollen in Reihen wie "Tatort" und "Polizeiruf 110". Seit 1994 ermittelt er als Partner von Maja Maranow in der ZDF-Serie "Ein starkes Team" als raubeiniger Kriminalbeamter Otto Garber.
Für seine Rolle als Verteidiger in Christian Görlitz' Fernsehfilm "Freier Fall" bekam Florian Martens 1998 den Adolf-Grimme-Preis mit Gold. Privat gilt der Schauspieler als ausgesprochen bodenständig. Martens lebt in seiner Geburtsstadt Berlin.