Peter Martensen (født 26. november 1953 i Odense) er en dansk maler og grafiker.

Martensen blev uddannet fra Det Fynske Kunstakademi i 1977 og har desuden læst hos Dan Sterup-Hansen på Det Kongelige Danske Kunstakademi fra 1982 til 1984. Han debuterede i 1972. Stilistisk tilhører han nyrealismen og anvender ofte fotografiet som udgangspunkt for sine malerier.

Han har portrætteret de tidligere formænd for Folketinget, Erling Olsen og Christian Mejdahl. Disse værker hænger i Folketinget. Andre af hans værker er udstillet på bl.a. Kastrupgårdsamlingen, Statens Museum for Kunst, Vejle Kunstmuseum og på Victoria and Albert Museum i London.