Винсент Майкл Мартелла родился 15 октября 1992 года в Рочестере в США, однако рожденный в штате Нью-Йорк мальчик провел свое детство во Флориде. Его отец владел сетью пиццерий, а мать занималась воспитанием детей, которых в семье было четверо. С трех лет Винсент начал интересоваться танцами, а через четыре года стал серьезно заниматься вокалом и актёрским мастерством. Он выступал во многих театральных постановках, часто снимался для телевизионной и печатной рекламы.
В 2004 году Винсент дебютировал на телевидении в небольшой роли в сериале «Нахваливание». Через год актёр впервые появился на большом экране в комедии «Мужчина по вызову 2».
В 2005 году к молодому актёру пришел первый успех, когда он получил роль в комедийном сериале Криса Рока «Все ненавидят Криса». Игра Винсента была высоко оценена критиками и зрителями, и он был по праву признан одной из талантливейших молодых звезд Голливуда.
В 2009 году на одной из церемоний вручения кинонаград Винсент познакомился с актрисой Элисон Стоунер. У них завязались романтические отношения. Пара была вместе около года, а теперь они вместе работают над мультфильмом «Финес и Ферб», который стал одним из самых значимых проектов для карьеры Винсента. Актёр был занят в озвучивании главного персонажа на протяжении семи лет.