Stefan Martens studierte Geschichte und Philosophie an den Universitäten Frankfurt am Main und Münster/Westf. 1983 promovierte er mit einer Arbeit zur Rolle Hermann Görings in der Außenpolitik des Dritten Reiches. Seine Forschungsschwerpunkte sind die Geschichte der Weimarer Republik, des Dritten Reiches und des Widerstandes, die Geschichte der französischen Dritten Republik und des Vichy-Regimes sowie des Alltags in Europa unter deutscher Besatzung.
Seit 1983 ist Stefan Martens wissenschaftlicher Mitarbeiter im DHI Paris, Leiter der Abteilung Zeitgeschichte und seit 2002 stellvertretender Direktor des Instituts.