Bij haar olympische debuut in 1996 wist Marta Domínguez zich niet te kwalificeren voor de finale op de 1500 m. Vier jaar later werd ze op de Olympische Spelen van Sydney met 15.45,07 op de 5000 m eveneens in de voorrondes uitgeschakeld. Op de wereldkampioenschappen van 2001 in Edmonton en de WK van 2003 in Parijs won ze beide keren een zilveren medaille op de 5000 m. In beide jaren werd ze verkozen tot Spaans atlete van het jaar. In het tussenliggende jaar 2002 had zij inmiddels twee Europese titels veroverd: eerst werd zij in Wenen Europees indoorkampioene op de 3000 m, om vervolgens tijdens de Europese baankampioenschappen in München ook de titel op de 5000 m voor zich op te eisen.