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Tras el fallecimiento prematuro de sus padres, Sebastián Fernández fue acogido en Madrid por un caballero llamado Medrano, del que adoptó el apellido. A los 15 años se alistó en la milicia, participando en la Guerra de Independencia de Portugal y continuando posteriormente con estudios relacionados con el arte militar hasta 1667. En 1668 pasa a Flandes, enrolándose en el Tercio levantado por Don Francisco de Agurto, al que el Carlos II concedería el título de Marqués de Gastañaga y designa como gobernador de los Países Bajos. Con esta Unidad participa en la Guerra de la Devolución que finaliza con la Paz de Aquisgrán en 1668. Posteriormente, continua su formación especializándose en el empleo de la artillería y en la fortificación.
En 1675 es designado director de la recién creada Academia Militar de los Estados de Flandes en Bruselas. Durante este periodo publica un conjunto de manuales para la formación de los primeros ingenieros militares, como Descripción del Mundo, Rudimentos Geométricos y Militares o La Moderna Arquitectura Militar, entre otros. El 30 de abril de 1679 es ascendido a capitán, entregándosele el mando de una compañía en el Tercio de Luis de Costa Quiroga. Debido a su trabajo como director de la Academia, el duque de Villahermosa, gobernador de Países Bajos (1675-1687), solicita al Rey que permaneciese en ella, lo que le fue concedido, aunque Medrano manifestó sus deseos de regresar a España por motivos de salud, ya que padecía un principio de ceguera.
Uno de sus discípulos más conocido fue Jorge Prospero de Verboon, ingeniero militar de origen flamenco, primer marqués de Verboom y fundador del Real Cuerpo de Ingenieros, aprobado por Real Decreto de Felipe V el 17 de abril de 1711.
En 1689 Medrano es ascendido a Maestro de Campo de la Infantería Española, aunque su salud sigue deteriorándose, perdiendo totalmente la vista en 1691. A pesar de su ceguera es ascendido en 1694 a sargento general de Batalla, equivalente a teniente general. En 1704 sufre un ataque de apoplejía que le deja sin habla y casi sin memoria, falleciendo el 18 de febrero de 1705 en Bruselas. Es enterrado en la iglesia de los Carmelitas Descalzos.
En su corpus teórico insiste en la relación de la geometría con la fortificación, aludiendo, por ejemplo, al pentágono como figura más propia para una ciudadela«por tener dos baluartes a la villa y tres a la campaña»,o al heptágono para fortificar una villa. En su obra El Ingeniero formula las «15 máximas o reglas de oro de la fortificación». Plantea con ello el conflicto entre las matemáticas, la ciencia y las bellas artes. Unas décadas más tarde, la Academia de Matemáticas de Barcelona completa y actualiza sus teorías.
También se interesa Medrano por la Geografía del continente americano y especialmente por los descubrimientos de los franceses en Canadá, publicando el libro: Relación de un país que nuevamente se ha descubierto en la América Septentrional.
Juan Bosco Valentín-Gamazo de Cárdenas