Родился в городе Лукка, Тоскана. Рукоположён в священники. Искусство и архитектуру изучал в Академии св. Луки в Риме.
Работал в других городах: Варшава, Прага, в Нидерландах, в Вене и в Пожоне (Братислава), впоследствии эмигрировал в Австрийскую империю.
При построении барочного дворца Славков-у-Брно Мартинелли создал ансамбль, куда вошли дворец князя Кауница с циркумференциями и курдонёром, а также перепланировал придворцовое поселение и создал в нём новую приходскую церковь.
В Вене разработал проект дворца Лихтенштейн (выстроен в 1692—1702 гг.), созданный по образцу дворца Киджи-Одескальки. Сооружение понравилось и стало своеобразным образцом для нескольких дворцов австрийской столицы.
N. Pevsner, J. Fleming, H. Honour, Dizionario di architettura, Torino, Einaudi, 1981. ISBN 8806130692
HELLMUT, Lorenz. Domenico Martinelli — tvář génia barokní architektury. Rousínov: Město Rousínov, 2006. 125 s. ISBN 80-86263-89-4.
LOKAJ, Zdeněk. Okolí Slavkova u Brna — doteky Domenika Martinelliho. Brno: FF MU, 2011. 75 s. Dostupné online.
Constantin von Wurzbach: Martinelli, Dominik. In: Biographisches Lexikon des Kaiserthums Oesterreich. 17. Theil. Kaiserlich-königliche Hof- und Staatsdruckerei, Wien 1867, S. 21 f. (Digitalisat).
