Com os tutores designados pelo padrasto, passou a estudar aspectos comerciais e aos 20 anos terminou a graduação em Comércio. Passou por diversos estudos em literatura, teatro, desenho, música, arquitetura, história, além de ter desenvolvido aptidão para outras línguas. Tal faculdade o encaminhou para a diplomacia, levando-o a morar em Londres. Ao retorno para o Brasil, sofreu uma crise de tuberculose e morreu em 1848 já em Portugal.
É reconhecido como importante chave para a consolidação do teatro brasileiro, com comédias de costume que até hoje passam por representação. Em 1838, encenou “O juiz de paz na roça”, no Teatro São Pedro. Além de escritor para o teatro, passou a ocupar espaços no Ministério dos Negócios Estrangeiros, com indicação da Legação do Brasil em Londres (Inglaterra).
O drama e a farsa também estiveram presentes na trajetória teatral de Martins Pena. Seu traço é anterior ao Romantismo, mas ainda é classificado em tal escola. O personagem popular é uma de suas preferências. No Rio de Janeiro, malandros e solteiras estavam marcados no papel de Pena. Casamentos, festas e ambientes populares eram cenários perfeitos para suas tramas. Houve uma maior demarcação de identidade do teatro no Brasil, com aspectos históricos sendo esclarecidos.
Principais publicações: Um Sertanejo na Corte (1833-37), O Juiz de Paz da Roça (1842), O Judas em Sábado de Aleluia (1846), O Cigano (1845), As Casadas Solteiras (1845), O Noviço (1845), O Namorador ou A Noite de São João (1845), O Caixeiro da Taverna (1845), Os Meirinhos (1845), Os Ciúmes de um Pedestre ou O Terrível Capitão do Mato (1846), Os Irmãos das Almas (1846), O Diletante (1846), Quem Casa, Quer Casa (1847).