Муниципальное образование Мартыновский район было образовано в 1935 году. До 1935 года территория Мартыновского района входила в состав Зимовниковского района Ростовской области. В 1963 году Мартыновский район объединён с Цимлянским районом, в 1965 году они были вновь разъединены. С января 1966 года Мартыновский район существует в его нынешнем виде.
В годы Великой Отечественной Войны район не остался не тронутым немцами. Территорию района в 1942 году обороняла 115-ая Кабардино-Балкарская кавалерийская дивизия. За время боев на территории района, дивизия вся практически полегла на Мартыновской земле. Район был полностью освобожден 14 января 1943 года. Сегодня Мартыновский район и Терский район Кабардино-Балкарской республики побратимы.