Martshenko, alun perin köyhästä taustasta kotoisin oleva epäpoliittinen öljynporaaja, kääntyi kirjoittamiseen ja politiikkaan seurauksena useista vangitsemista vuodesta 1958, jolloin hän alkoi seurustella muiden toisinajattelijoiden kanssa. Martshenko sai kansainvälistä mainetta vuonna 1969 kirjassaan "Minun todistukseni", joka oli hänen Moskovaan saapumisensa jälkeen vuonna 1966 kirjoitettu omaelämäkertainen kertomus hänen tuolloin äskettäisistä tuomioistaan Neuvostoliiton työleireissä ja vankiloissa. Sen jälkeen, kun kirja oli levinnyt rajoitetusti Neuvostoliitossa samizdatina, se aiheutti sensaation lännessä paljastettuaan, että Neuvostoliiton gulag-järjestelmä oli jatkunut Josif Stalinin kuoleman jälkeen. Vuonna 1968, ennen Neuvostoliiton hyökkäystä Tšekkoslovakiaan
Marchenko kirjoitti avoimen kirjeen, jossa ennusti hyökkäyksen. Hänet pidätettiin uudelleen, hänet vapautettiin 1970-luvun alussa, mutta vuonna 1974 hänet kuulusteltiin ja hänet karkotettiin Irkutskin alueelle. Vuonna 1976 Martshenko liittyi Moskovan Helsinki-ryhmän perustajajäseniin, ennen kuin hänet pidätettiin uudelleen ja vangittiin vuonna 1981, jossa hän jatkoi kirjoittamista koko vankila-aikansa ajan ja julkisti Neuvostoliiton poliittisten vankien kohtalon. Nathan Shcharansky, joka oli ollut yhteensä noin 20 vuotta vankilassa ja pakkosiirtolaisuudessa, sanoi hänestä: "Juri Feodorovitš Orlovin vapauttamisen jälkeen hän oli ehdottomasti Neuvostoliiton ykkönen omantunnon vanki".