Nacido en el seno de una familia de origen modesto, en la localidad de Ambás, concejo de Carreño.

Su padre había emigrado a Cuba, donde se dedicó al comercio, falleciendo pocos meses después de nacer Carlos Martínez, quedando la familia en una desahogada posición económica. Estudió primera y segunda enseñanza en Avilés y Medicina en Madrid, en la Facultad de San Carlos, instalándose en la Residencia de Estudiantes. Licenciado en Medicina (1924), fue becado para ampliar estudios visitando París, Berna (Suiza), Friburgo (Alemania) y Lyon (Francia), donde asistió a las clases de los doctores Salí, del anatomopatólogo Aschof Sauerbruch, el creador de la cirugía moderna de tórax, y el prestigioso cardiólogo Gallavardin, regresando a Asturias en 1926. Inclinado, desde joven, al ejercicio de la política, asistió con entusiasmo al nacimiento del Partido Republicano Radical Socialista, fundado, en 1930, por Álvaro de Albornoz y Marcelino Domingo, que inspirado en su homónimo francés, trataba de ocupar el espacio dejado por la crisis del Partido Federal, del que quedaban algunos grupos dispersos que seguían las teorías de Pi y Margall, y que buscaba también ser el partido de personas procedentes de la pequeña burguesía y profesionales liberales. El nacimiento del Partido Republicano Radical Socialista coincidió con la decadencia definitiva de la Monarquía. Alcalde constitucional de Gijón (1931), al proclamarse la Segunda República, fue diputado a Cortes en aquellas Constituyentes, gracias al trabajo de propaganda desarrollado en el período electoral y el apoyo de José María Friera, secretario del partido en Asturias. Los meses previos a la Revolución de Octubre (1934), entró en contacto con dirigentes socialistas que querían conocer su grado de compromiso ante un conflicto revolucionario. [...]