El 2 de septiembre de 2006, Ariel Martínez fue convocado por primera vez a la selección cubana con motivo de un partido de eliminatorias a la Copa del Caribe de 2007 ante . Ha disputado 47 partidos con su selección marcando 11 goles. Se distinguió en la Copa de Oro de 2013 al marcar un "hat trick" ante .