В 1897–1904 учился в МУЖВЗ в мастерской В. А. Серова и К. А. Коровина. Сарьян с благодарностью вспоминал Серова: «В школе я не увлекался работами своих преподавателей, но мы, ученики, многим обязаны нашему блестящему учителю Валентину Александровичу Серову, который своим постоянным наблюдением за нами и острыми замечаниями всегда поддерживал в нас напряженный интерес к работе». По окончанию училища работал в Москве, где внимательно изучал французскую живопись конца XIX — начала XX века в собрании Щукина.

Большую роль в формировании живописного языка Сарьяна сыграло его путешествие в Египет, Иран, Турцию (1910–1911). Художник привозит оттуда превосходные работы, отмеченные зрелостью художественного замысла, строгостью чеканных композиций и гармонией декоративного строя. Лучшие работы, созданные на Востоке, будучи новаторскими по своему характеру, явились значительным этапом не только в творчестве Сарьяна, но и в развитии изобразительного искусства начала ХХ века.

Полотна Сарьяна постоянно демонстрировались за рубежом, начиная с первых выставок советского искусства: Берлин — 1922 год, Венеция — 1924 год (XIV Международная выставка), в Париже в 1928 году была устроена его персональная выставка.

После Великой Октябрьской революции [1917] главной темой творчества Сарьяна становится жизнь Армении. В 1921 году художник был командирован в Ереван, где он принимал участие в организации Художественного музея Армении, Общества художников, Художественного техникума. Капланова С. Мартирос Сергеевич Сарьян. М, 1973.