Swoją reprezentacyjną karierę Martinez rozpoczął od występów w młodzieżowej reprezentacji Kostaryki. Zagrał z nią na Młodzieżowych Mistrzostwach Świata w 1999 roku odbywających się w Nigerii. Kostaryka odpadła tam jednak po fazie grupowej, ale menedżerowie z Europy już wtedy zwrócili uwagę na Martineza. Ciągłe dobre występy w kadrze U-21 spowodowały, że Martinez zadebiutował w końcu w seniorskiej kadrze Kostaryki. Debiut miał miejsce 6 stycznia 2001 w wygranym 5:2 meczu z reprezentacją Gwatemali i Martinez od tego czasu zadomowił się w kadrze na dłużej. Selekcjoner Alexandre Guimarães powołał go do kadry na finały Mistrzostwa Świata w 2002. Tam Gilberto zagrał we wszystkich trzech meczach swojej drużyny – z Chinami (2:0), Turcją (1:1) oraz z Brazylią (2:5). Dzięki gorszemu bilansowi bramek niż Turcja, Kostaryka nie wyszła z grupy zajmując w niej 3. miejsce. 4 lata później Gilberto ponownie trafił do kadry na wielką imprezę. Na Mistrzostwach Świata w Niemczech zagrał jednak tylko 1 mecz – 67 minut w pierwszym meczu z gospodarzami turnieju, reprezentacją Niemiec. Kostaryka przegrała jednak wszystkie mecze i zajęła ostatnie miejsce w grupie.