Актёр театра и кино. Карен родился 20 сентября 1982 года. В 2005 году окончил театральную студию Армянского театра при Посольстве Республики Армения, в 2016 году — режиссёрский факультет ВГИКа (мастерская А. Е. Учителя). В 2005-2010 годах — актёр Московского армянского театра п/р С. Степаняна. Начало кинокарьеры Мартиросяна приходится на 2005 год, когда он принял участие в девяти картинах. Дебютом стала роль в фильме «9 рота». Потом были работы в лентах: «Неотложка», «Зона», «Гата», «Оглянись», «Курортный туман», «В Россию за любовью!», «Метро», «Новогодний брак», «Светофор», «Огни большой деревни». Также он является автором сценария, по которому в 2012 году был снят фильм «Прерванная песня». Карен является лауреатом Каннского кинофестиваля и фестиваля «Кинотавр» в городе Сочи за роль в фильме «Гата»