Martonvaara sijaitsee Pohjois-Karjalassa, Polvijärven kunnan pohjoisimmassa osassa, Höytiäisen rannalla, rajanaapurina Juuan kunnan kanssa. Polvijärvelle Martonvaarasta on matkaa 25 km, Juukaan 30 km, Nunnanlahteen 20 km ja Kolille 18 km. Lähin kaupunki, Joensuu, on 65 km:n päässä. Joensuussa sijaitsee lähin lentokenttä ja rautatieasema.