Figlio di Eufemia e di Gabriele Martinengo, nacque a Udine o a Verona, nel 1566 stando al necrologio (ma secondo altri documenti nel 1564 o nel 1568). Si formò presso la Scuola degli accoliti di Verona dove insegnava anche suo padre e, ordinato sacerdote grazie all’aiuto economico del conte Mario Bevilacqua, divenne uno dei dodici cappellani degli accoliti, ricevendo in beneficio la cappellania detta di Ser Apolonio in duomo. Rassegnata questa liberamente il 7 novembre 1593 ne ottenne un’altra (altare di S. Vincenzo) il 17 maggio 1596 nella chiesa di S. Stefano a Verona e la mantenne fino alla morte. Nell’ultimo decennio del secolo fu tenore nel coro della cattedrale veronese, ruolo che lasciò nell’ottobre del 1600 per assumere, come già aveva fatto suo padre Gabriele, la carica di maestro di cappella in duomo a Udine insieme con una mansioneria, cui si aggiunse il beneficio della cappella di S. Nicolò nel febbraio 1601. Oltre ad insegnare quotidianamente ai chierici in duomo, come previsto dalla condotta, ammaestrò i giovani udinesi predisposti alla musica, fu per qualche mese maestro nel seminario di Udine (1603) e, nel 1606-07, musico della fraterna udinese di S. Maria dei Battuti. Durante la sua permanenza udinese la cappella fiorì in modo particolare e il M. si impegnò anche ad accrescerne il patrimonio librario facendo acquistare, il 10 giugno 1604, da un frate conventuale che si trovava in città, diversi libri di composizioni polifoniche (mottetti a quattro, cinque, sei e otto voci di G.P. da Palestrina, messe di Orfeo Vecchi a quattro, compiete di O. Colombani a tre e a nove e di F. Stivori a otto, vespri di T. Boldon a sei, mottetti di C. Porta a quattro, cinque, sei e otto voci, canzoni strumentali a quattro); altri ne richiese il primo gennaio 1608 (un libro di messe a quattro voci e uno a cinque di G. M. Asola, mottetti, messe e vespri di G. Croce a otto voci); egli stesso si dedicò alla composizione se, il 25 marzo 1605, i deputati udinesi deliberarono di dargli un compenso di 10 ducati poiché «pro ecclesiae praedictae dignitate, proque decore civitatis varios edidit concentus harmonicos extraordinarios cum magna multorum admiratione». Per questa sua operosità il 21 marzo del 1608 i deputati, accogliendo una sua supplica, gli portarono lo stipendio da 24 a 40 ducati annui e l’anno seguente, quando si presentò unico concorrente a succedere a G. Croce alla guida della cappella marciana a Venezia, gli rilasciarono una fede di servizio colma di elogi (dimenticando lo scandalo che aveva dato giocando pubblicamente a pallone con francescani e domenicani, la condanna inflittagli perché non pagava l’affitto di casa al nobile Antonio Marchese e i vari reclami dei creditori di cui si trovano diverse testimonianze nell’Archivio della curia arcivescovile di Udine). Eletto maestro di cappella in S. Marco il 22 agosto 1609 con la paga di 200 ducati annui e mansionario nel 1610, rimase in servizio, senza distinguersi particolarmente («nulla di notabile accadde nella cappella durante il brevissimo suo reggimento» scrisse il Caffi), fino a quando morì, in estrema povertà e con diversi debiti, il 15 luglio 1613. Uno dei suoi creditori, il basso Matteo Facini, cantore in S. Marco, pretese ed ottenne di entrare in possesso di tutte le carte e fascicoli musicali del defunto maestro conservati in sacchi. Delle sue composizioni oggi non ci restano che tre mottetti e un inno sparsi in antologie a stampa e manoscritte (queste ultime, databili intorno alla metà del secolo XIX se non oltre, ripropongono, con una sola eccezione, ciò che già era stato stampato): Popule meus e Tantum ergo a quattro voci (in Nove lamentationi per la settimana santa a quattri voci del R. D. Giovanni Croce, Venezia, G. Vincenti, 1610); Regnum mundi (in Ghirlanda sacra scielta da diversi eccellentissimi compositori de varii motetti a voce sola, Venezia, Gardano, 1625; rist. B. Magni, 1636); Popule meus e Tantum ergo a sette voci (sono le stesse composizioni già edite, con organico ampliato; Mosca, Biblioteca del conservatorio Ciaikovski); Popule meus e Tantum ergo a quattro voci (Münster, Santini-Bibliothek, in tre diversi manoscritti); Tantum ergo a quattro voci (Passau, Bistum Archiv); Virgo mater ecclesiae a quattro voci (Venezia, Archivio della basilica di S. Marco). Solamente Regnum mundi è disponibile in edizione moderna (in H. J. Moser, Heinrich Schütz, Kassel, Bärenreiter Verlag, 1956) e dimostra la notevole maestria di M. a muoversi nello stile concertato sviluppato da Viadana. Non resta traccia neppure documentaria dei tre libri di madrigali che Fétis attribuiva a Giulio Cesare, ma verosimilmente lo studioso si era confuso con Gabriele Martinengo; perduti debbono ritenersi quei «concentus harmonicos extraordinarios» composti per la comunità udinese ed anche quell’«altro libro con Salve Regina del Martinengo» registrato nell’inventario dei libri della cappella marciana steso nel settembre del 1720 da p. Marchio Angeli e ancora presente in un altro inventario di F. Caffi steso intorno al 1800.