Ranskan jalkapallomaajoukkueessa Martial debytoi syyskuussa 2015 ystävyysottelussa Portugalia vastaan. Vuoden 2016 EM-kilpailuissa hän pelasi kahdessa alkulohko-ottelussa ja pääsi tappioon päättyneessä loppuottelussa kentälle jatkoajalla kymmeneksi minuutiksi. Ensimmäisen maaottelumaalinsa hän teki saman vuoden syyskuussa Italiaa vastaan.