Como en la mayor parte de los artistas del
Quattrocento, en el caso de Francesco di Giorgio Martini también desconocemos su periodo de formación, apareciendo documentado en Siena entre 1470-1476 como pintor y escultor. Años más tarde se interesó por la arquitectura y la ingeniería militar, trabajando para Federico da Montefeltro durante once años, a partir de 1477, interesándose por las obras de
Piero della Francesca. En Urbino trabajó en el palacio ducal, en la iglesia de san Bernardino y en el proyecto de un sistema fortificado para el ducado. Al fallecer Federico, realizó una serie de viajes por ciudades cercanas donde continuó con sus trabajos, elaborando el "Tratado de arquitectura civil y militar". En 1489 regresó a Siena para convertirse en el arquitecto oficial de la ciudad, interesándose también por la escultura y ocupando una serie de cargos públicos de cierta relevancia. En 1490 fue solicitada su presencia en Milán como experto para asesorar en la construcción del campanile del Duomo milanés y en la catedral de Pavía, contactando con
Leonardo, cuyo estilo asimilará sin abandonar el clasicismo tradicional de la Escuela de Siena. Ya en el
Cinquecento recuperó su trabajo como ingeniero militar, marchando a Nápoles y a Las Marcas, al servicio de Giovanni della Rovere. Martini puede considerarse como un gran autodidacta, que se inspiró arquitectónicamente en Brunelleschi y que sirvió como punto de referencia a Giuliano da Sangallo.