Народився 21 вересня 1900 в селі Матраса Бакинської губернії (нині Шемахінський район Азербайджану) в родині священика. Вірменин. Закінчив сільську школу і духовну семінарію.
У травні 1918 року вступив в 19-й робочий батальйон Червоної Гвардії Бакинської комуни, брав участь у боях з турками. Потім воював у складі повстанських і партизанських загонів. Служив в армії Вірменської республіки при дашнакскому уряді з липня 1919 по листопад 1920 року.
У Червону Армію вступив добровільно після заняття нею Вірменії в листопаді 1920 року. Служив навідником кулемета і командиром кулеметного взводу, брав участь у боях Громадянської війни у Вірменії. З червня 1922 служив у 2-му Вірменському стрілецькому полку 76-ї Вірменської стрілецької дивізії Окремої Кавказької армії: командир взводу, роти, начальник штабу полку. Закінчив кулеметне відділення повторних курсів комскладу при штабу Окремої Кавказької армії в Тбілісі в 1924 році, розвідувальне відділення цих же курсів у 1925 році, Курси удосконалення командного складу з розвідки в Москві в 1928 році.
У жовтні-листопаді 1930 брав участь у бойових діях при придушенні антирадянського повстання у Вірменії. З квітня 1931 — помічник начальника відділу та начальник 2-ї частини штабу 76-ї Вірменської стрілецької дивізії. З жовтня 1937 року — помічник начальника штабу 76-ї гірськострілецької дивізії імені К. Є. Ворошилова.
У липні 1938 заарештований і перебував у в'язниці НКВС під слідством, при цьому був звільнений з РСЧА. У червні 1939 року звільнений з в'язниці «за відсутністю складу злочину» і відновлений в РСЧА та призначений начальником оперативного відділення штабу 121-ї стрілецької дивізії в Білоруському військовому окрузі.
73-й стрілецький корпус (52-га армія, 1-й Український фронт) під командуванням генерал-майора Мартиросяна С. С. відзначився в Сандомирско-Сілезької наступальної операції — складової частини Вісло-Одерської стратегічної операції. Перейшовши 12 січня 1945 в наступ, частини корпусу стрімко прорвали довготривалу оборону противника і розгорнули швидке настання до західного кордону Польщі. На цьому шляху корпус звільнив польські міста Хмільник (13 січня) і Велюнь (19 січня), 21 січня першим в армії увірвався на територію Німеччини, зайняв з боєм велике місто Йольс (Олесниця, 25 січня) і ще 15 невеликих німецьких містечок і багато інших населених пунктів. До 28 січня корпус підійшов до міста-фортеці Бреслау (нині Вроцлав, Польща).
Ім'ям Саркиса Согомоновича Мартиросяна названа вулиця в Києві, де він був першим післявоєнним начальником гарнізону міста. На початку вулиці йому встановлено меморіальну дошку. У Єревані, на будівлі де останні роки жив Саркис Согомонович також встановлена меморіальна дошка.
.svg){kind=small}
