De gemeente Martelange ligt in de provincie Luxemburg, diep in de Belgische Ardennen, en strekt zich uit langsheen de grens met het Groothertogdom. De Sûre, die ontspringt in Vaux-sur-Sûre, stroomt door Martelange om daarna Luxemburg te bereiken. Martelange ligt op ongeveer 25 minuutjes van Bastenaken, bekend vanwege de Slag om de Ardennen op het einde van Wereldoorlog II, en van de stad Aarlen in het uiterste zuiden van het land.