Martelly lahir di Cote de Fer, putra Gerard Martelly, seorang eksekutif Shell Oil dan Marie Madeleine Martelly ("née" De Pradines, b. 1931 <unk> d. 21 Oktober 2016). Di sisi ibunya, kakeknya Auguste de Pradines adalah seorang troubadour yang menulis lagu-lagu protes lucu melawan pendudukan Amerika Serikat pada tahun 1915-1934 di Haiti
Aku tahu. Setelah lulus dari sekolah menengah di Institusi Saint Louis de Gonzague, Martelly mendaftar di Akademi Militer Haiti, tetapi (menurut Martelly) diusir setelah mengandung putri seorang jenderal. Pada tahun 1984, ia pindah ke Amerika Serikat, dan bekerja di bidang konstruksi dan sebentar menghadiri sebuah perguruan tinggi komunitas di Miami. Pada tahun 1986, setelah satu semester, ia bercerai dengan istri pertamanya, seorang warga negara Amerika, dan kembali ke Haiti tepat saat Jean-Claude Duvalier, saat itu presiden seumur hidup, menuju ke pengasingan. Pada tahun 1987, Martelly kembali ke Miami dengan pacarnya saat itu, Sophia Saint-Rémy, yang kemudian dia nikahi dalam sebuah upacara kecil di Miami, Florida. Mereka kembali ke Haiti pada tahun 1988.