W seniorskiej reprezentacji Ekwadoru Martínez zadebiutował za kadencji selekcjonera Sixto Vizuete, 17 grudnia 2008 w wygranym 1:0 meczu towarzyskim z Iranem i w tym samym spotkaniu strzelił także pierwszą bramkę w kadrze narodowej. Na kolejne występy w kadrze musiał czekać przez kolejne pięć lat, kiedy to został powołany przez Reinaldo Ruedę na zakończone powodzeniem eliminacji do Mistrzostw Świata 2014, podczas których pełnił jednak rolę rezerwowego i rozegrał jedno z szesnastu spotkań. W 2014 roku znalazł się w składzie na Mistrzostwa Świata w Brazylii, gdzie jednak nie zanotował żadnego występu, natomiast Ekwadorczycy odpadli wówczas z mundialu już w fazie grupowej. W 2015 roku został powołany przez Gustavo Quinterosa na rozgrywany w Chile turniej Copa América – tam pełnił z kolei rolę podstawowego gracza ekwadorskiego zespołu, występując we wszystkich trzech spotkaniach (w dwóch z nich w wyjściowej jedenastce), a jego drużyna odpadła z rozgrywek w fazie grupowej.