Martínez pelasi ensimmäisen ottelunsa Ecuadorin maajoukkueessa 17. joulukuuta 2008 ystävyysottelussa Irania vastaan. Hän teki maajoukkueuransa ensimmäisen maalin samassa ottelussa, joka oli ottelun ainoa maali. Hän osallistui myös yhdessä ottelussa. Hänet valittiin myös Ecuadorin kokoonpanoon lopputurnaukseen, mutta ei pelannut otteluakaan turnauksessa. Martínez pelasi vuoden 2015 Copa Américassa Ecuadorin jokaisessa ottelussa. Yhteensä Martínez on pelannut maajoukkueessa 30 ottelua tehden niissä seitsemän maalia.