Gianluca Martinenghi je eden vodilnih italijanskih dirigentov mlajše generacije. Sprva je študiral klavir (s Pieroom Rattalinoom) in kompozicijo (z Brunoom Bettinellijem), nato tudi dirigiranje z Donatom Renzettijem in Giacom Zanijem, kar mu je omogočilo sodelovanja s številnimi mladinskimi orkestri. Poklicno kariero je pričel pri torinskem Teatro Regio, nato je dlje časa deloval v Teatro Massimo v Palermu. Ob tem je dirigiral v bolonjskem Teatro Comunale, Teatro dell’Opera v Rimu, veronski Areni, Bellinijevem gledališču v Cataniji, v Nemški operi Berlin, nato še v opernih gledališčih v Cagliariju, Bariju, Bergamu, v irski operi in operi v Palm Beachu. Bil je umetniški vodja gledališča Maggio Musicale Fiorentino, kar mu je omogočilo sodelovanja z umetniki najvišjega ranga. Bil je glavni gostujoči dirigent Festivala Tenerife.

Posnel je tudi več zgoščenk, ki so prejele odlične kritike, denimo Puccinijeve arije in Verdijevi dueti s sopranistko Amarilli Nizza in Robertom Frontalijem. Za EMI je posnel ploščo z orkestrom veronske Arene v spomin Enricu Caruseju.

Leta 2012 je dirigiral svetovnima orkestroma, orkestru münchenskega radia in Simfoničnemu orkestru Montreala ter vodil izvedbo Mascagnijeve redko izvajane opere Iris (po naročilu sklada veronske Arene), opere, ki jo je v Veroni dotlej dirigiral le Mascagni sam. V zadnjih letih je redni gost Dubrovniškega poletnega festivala in Nacionalnega centra uprizoritvenih umetnosti v Pekingu, prav tako je odprl Festival v Taormini z dirigiranjem Verdijeve opere Rigoletto, ki je bila predvajana v živo po televiziji, leta 2013 in 2014 pa je kot glasbeni vodja Verdijeve Aide z orkestrom Teatra Bellini iz Katanije odprl Festival v Sirakuzah. Leta 2015 je prejel izvrstne kritike za svojo izvedbo Poulencove opere Pogovori karmeličank v produkciji Opere SNG Maribor, nedavno pa je debitiral z Nacionalno madžarsko filharmonijo na gala koncertu, na katerem je nastopila tudi slovita sopranistka Diana Damrau. Od leta 2016 je šef dirigent Makedonskega narodnega gledališča v Skopju.