Für Norwegen nahm Martinsen im Juniorenbereich an den U18-Junioren-Weltmeisterschaften der Division I 2007 und 2008 sowie den U20-Junioren-Weltmeisterschaften der Division I 2008, 2009 und 2010, als er jeweils drittbester Scorer und Torschütze des Turniers hinter seinen Landsleuten Scott Winkler und Jonas Djupvik Løvlie war, teil.