У 2003 році вона стала займатися спортивним плаванням. Взяла участь у Паралімпіаді-2004 в Афінах, де зайняла четверте місце на 100-метрівці на спині, 8- ме місце на 100 метрах вільним стилем, а на 50 метрах вона досягла 6-го місця. У 2006 році вона взяла участь у Чемпіонаті світу з плавання серед неповносправних у Дурбані Південна Африка, де вона зайняла 2-е місце у змаганні на 100 метрів на спині. На 100 метрах вільним стилем вона прийшла четвертою, а у змаганні на 50 метрів вона досягла 5-го місця. У 2008 році Мартінсен завоювала бронзову медаль на літніх Паралімпійських іграх в Пекіні, Китай, в жіночому змаганні на 100 метрів на спині у класі S8. У наступному році вона здобула золото у змаганнях на 100 м вільним стилем на чемпіонаті світу серед інвалідів у Ріо-де-Жанейро, Бразилія. За свою кар'єру у плаванні Маріанн Мартінсен встановила 17 світових рекордів.