Martínez mewakili Kolombia sebanyak 40 kali antara tahun 2009 dan 2015, dengan mencetak sembilan gol untuk negaranya. Ia bermain untuk Kolombia di Copa América 2011 dan 2015, serta Piala Dunia FIFA 2014, di mana ia mencetak dua gol melawan Jepang.
Dalam karir klubnya, Martínez pertama kali bergabung dengan akademi pemuda Independiente Medellín pada tahun 2001 sebelum dipanggil ke tim utama pada Finalización 2004. Debutnya terjadi pada 3 Oktober 2004, di hari ulang tahunnya yang ke-18, dalam pertandingan imbang 2-2 melawan Junior. Gol profesional pertamanya datang sekitar sebulan kemudian dalam pertandingan imbang 1-1 melawan Deportivo Pereira pada 7 November. Gol ini menjadi penentu kualifikasi Medellin ke babak playoff. Dengan tiga gol dalam babak playoff Finalización, Martínez terlihat memiliki masa depan yang cerah, tetapi musim-musim berikutnya berjalan lambat. Dari tahun 2005 hingga 2007, ia mencetak 12 gol, hanya 2 gol per turnamen. Namun, musim 2008 menjadi musim terobosannya di bawah pelatih Santiago Escobar, di mana ia mencetak 11 gol saat Medellin menjadi runner-up pada Desember 2008 melawan América de Cali. Pada Januari 2009, Martínez mencetak hat-trick pertamanya dalam kemenangan 4-0 melawan Peñarol dalam babak pertama Copa Libertadores 2009. Ia memulai kampanye Apertura 2009 dengan performa yang bagus, mencetak 4 gol dalam 4 pertandingan. Namun, ia mengalami cedera pada Maret 2009 sebelum pertandingan Copa Libertadores melawan America de Cali, yang membuatnya absen sepanjang kampanye Apertura 2009, karena Medellin mengalami kampanye yang buruk dan berada di posisi terakhir. Meskipun mengalami setback ini, ia bangkit kembali dan menjadi pencetak gol terbanyak Torneo Finalizacion 2009 dengan 18 gol, termasuk brace melawan Real Cartagena, América de Cali, Atlético Huila, dan Envigado, sementara memimpin El Poderoso meraih gelar liga kelima dengan mencetak gol pada kedua leg final melawan Huila.
Setelah itu, Martínez menarik minat dari klub Korea Selatan, Ulsan Hyundai, serta klub Argentina, San Lorenzo de Almagro dan Racing Avellaneda. Awalnya ia menandatangani kontrak pra-kontrak dengan Ulsan Hyundai, tetapi klub tersebut tidak dapat mencapai kesepakatan dengannya. Akhirnya, Martínez akhirnya bergabung dengan Chiapas dari Liga MX dengan kontrak tiga tahun dengan biaya yang tidak diungkapkan pada Januari 2010. Ia mencetak dua gol pertamanya dengan klub pada 30 Januari dalam pertandingan imbang 2-2 melawan Tigres UANL. Dua minggu kemudian, ia mencetak gol melawan Pachuca, dan kemudian mencetak tiga gol dalam tiga pertandingan berikutnya. Ia menutup musim pertamanya bersama klub, Torneo Bicentenario 2010, dengan sembilan gol, menempatkannya di posisi keempat dalam tabel pencetak gol terbanyak. Pada Agustus 2010, ia menjalani operasi pergelangan kaki dan absen selama sebulan. Pada musim berikutnya, Apertura 2010, ia tidak tampil dengan baik, hanya mencetak dua gol dalam empat belas penampilan, tetapi mencetak gol kemenangan dalam pertandingan melawan Atlas di pertandingan terakhir untuk memberikan Chiapas tempat di babak playoff, di mana mereka dieliminasi oleh juara bertahan Santos Laguna. Pada Clausura 2011, Martinez absen sebagian besar musim karena cedera yang dialaminya dalam pertandingan Copa Libertadores melawan Alianza Lima pada 27 Januari, yang membuatnya absen selama hampir tiga bulan. Pada pertandingan kembalinya pada 30 April, ia mencetak