Après des études de lettres et d'économie et des séjours dans divers pays dont l'Espagne, la Suisse et l'Italie, Roméo Martinez obtient en France un diplôme de sciences politiques, et s'y installe.
En 1926, il collabore au quotidien Excelsior où il assure la direction iconographique.
En 1938, il rencontre Emmanuel Sougez, alors directeur du service photo de L'Illustration.
En 1945, Il commence une carrière d'éditeur d'images. Responsable de l'illustration photographique de la revue suisse Occident, il est également le concepteur de la revue Monsieur.
Il devient en 1953 rédacteur en chef de la revue photographique suisse Camera dont il assure la direction jusqu'en 1964.
Organisateur de la biennale photographique de Venise de 1957 à 1975, il fut aussi directeur de la collection Biblioteck der Photographie, auteur de nombreux livres et organisateur du département iconographique du Centre Georges Pompidou.
Parallèlement aux nombreux colloques, expositions et conférences auxquels il participe, il réalise des émissions télévisées sur la photographie en Italie et en France.
Il a reçu en 1981 le prix de photographie de la ville de Paris. La bibliothèque de la Maison européenne de la photographie porte son nom.
