Comenzó sus estudios en el taller de su padre, Salvador (también pintor) y los amplió en la Escuela Especial de Pintura, Escultura y Grabado de Madrid, en la que más tarde sería profesor. En 1898 emprende un viaje por Europa donde completa su formación pictórica en Munich y más tarde con estancias en Venecia, París y Ámsterdam. Conoce y recibe influencias del arte contemporáneo alemán y se dedica a pintar marinas, escenas portuarias, temas de género y retratos mediante la aplicación de una pincelada extensa y enérgica. Sus obras se caracterizan por el uso de una luz y una atmósfera intimista con colores muy contrastados que favorecen claroscuros y vibraciones. Martínez-Cubells practicó un realismo social, en el que destacan las pinturas con temas del trabajo, de pincelada sintética, dentro de corrientes naturalistas y con interés en los efectos lumínicos. Fue partícipe del ideal regeneracionista de captar desde la pintura la esencia nacional propio de la época en la que se implicó a través de sus pinturas. Su obra no fue valorada suficientemente en su época debido a que coexistió en el tiempo con Sorolla. Al final de su carrera artística pintó obras comerciales sin complicaciones estilísticas para su venta fácil en Latinoamérica. Participó a lo largo de su carrera en numerosas Exposiciones Nacionales de Bellas Artes en las que obtuvo varias medallas. Ingresó como académico en la Real Academia de San Fernando de Madrid. En 2003 el Centro de Exposiciones y Congresos de Ibercaja de Zaragoza, le dedicó la primera gran muestra monográfica en España.