Мартирос Сергеевич Сарьян родился в Нахичевани-на-Дону (ныне — в составе Ростова-на-Дону) 16 (28) февраля 1880 года.

Учился в Московском училище живописи, ваяния и зодчества. С 1902 года ученик В. А. Серова и К. А. Коровина. Участник выставок объединений «Голубая роза», «Мир искусства», «Союз русских художников», «Четыре искусства».

До октябрьского переворота 1917 года  жил преимущественно в Тифлисе и Москве, с 1921 года обосновался в Ереване.

Примкнул к символизму еще в студенческие годы. Значительная часть его композиций 1910-х годов сложилась в серию «Сказки и сны». На изобразительную манеру Сарьяна оказало влияние творчество Поля Гогена и Анри Матисса, проявившееся в ярком локальном цвете его полотен и обостренном линейном ритме.

После октябрьской революции 1917, с переездом на историческую родину, эти красочные легенды обретают подчеркнуто национально-романтичный
характер: «сны о Востоке» превращаются в «сны об Армении». Своеобразным манифестом этого обращения к Закавказью как главному источнику вдохновения стали эскизы занавеса для Драматического театра в Ереване и композиционно связанное с ними красочное панно «Армения».

В 1926-1928 годах Сарьян жил в Париже и в этот период испытал очевидное влияние французского импрессионизма. В 1930-е годы писал, в основном, портреты и яркие, праздничные по колориту натюрморты.

В 1940-60 годах Сарьян пережил новое увлечение пейзажем. Художник работал также в области книжной графики и театрально-декоративного искусства.

В поздние годы мастер сохранил живую энергию художественного поиска: он как бы вновь вернулся к впечатлениям юности, создав в 1960-е годы цикл «сказочных» пейзажей с фольклорно-мифологическими мотивами (музей Сарьяна). Будучи человеком-легендой, олицетворяющим «серебряный век», он неизменно притягивал к себе молодежь.

Мартирос Сергеевич Сарьян ушел из жизни 5 мая 1972 года.