Портрет относится к эпохе классицизма. Картину отличает присущий этому стилю строгий колорит, лишенный разработки тональных градаций. Вместе с тем как портретист Варнек не стремился идеализировать облик своих моделей и передавал индивидуальность конкретной натуры. Он тщательно лепит своей кистью пухлые щеки, плавные линии подбородка и далекие от античных пропорций носы позирующих девиц.

Изображены дочери скульптора Ивана Петровича Мартоса – Вера Ивановна (1799–?), жена художника А.Е. Егорова (с 1815), и Софья Ивановна (1798–1856), жена конференц-секретаря Императорской Академии художеств В.И. Григоровича (с 1817).

Двойной портрет юных сестер посвящен теме нежной семейственной дружбы, излюбленной портретистами конца XVIII – начала XIX столетия. Среди подобных изображений – «Лизынька и Дашинька» (1794), «Портрет сестер княжон А.Г. и В.Г. Гагариных» (1802) кисти В.Л. Боровиковского. Жест переплетенных девушками рук придает картине сентиментальное настроение и намекает на возрастную иерархию сестер-погодок. Руки старшей сложены в уверенном жесте, в то время как рука младшей, опирающейся на сестру, безвольно повисла.

Портрет мог быть заказан самим скульптором Мартосом, ректором Академии художеств. С живописцем его связывали теплые личные отношения. Позднее он крестил детей Варнека. В период создания портрета автор был хорошо знаком с моделями – он собирался жениться на их сестре, Анастасии. Мартос, по свидетельству М.Ф. Каменской, дочери скульптора Ф.П. Толстого, хотел всех своих дочерей выдать замуж за художников: «Он прочил прелестную свою Настеньку за известного в то время портретиста Варнека, но хорошенькая самодурка нашла, что все художники “неотесанное мужичье”, и против воли отца вышла замуж за молодого ученого Лузанова. Варнек был влюблен в нее без памяти и очень убивался своею неудачею». В 1810-е годы Варнек написал двойные портреты Анастасии и Софьи Мартос, Любови и Софьи Мартос, а также портрет их отца.

Картина находилась в собрании петербургского коллекционера, портретиста Н.Д. Быкова, ученика Варнека, затем у его сына Константина, и в 1896 году ее купил И.С. Остроухов.