Został wybrany z numerem 1 przez New Jersey Nets w drafcie w 2000. W pierwszym sezonie gry na zawodowych parkietach rozegrał 68 spotkań, wszystkie w pierwszym składzie. Średnio zdobywał 12 punktów w meczu i zbierał 7,4 piłek. Został wybrany do najlepszej piątki debiutantów sezonu. Kolejny rok to 73 mecze, ponownie wszystkie w pierwszej piątce. Martin poprawił zdobycze punktowe (14,9), jednak zbierał mniej piłek (5,3). Zespół New Jersey Nets z Martinem, Jasonem Kiddem czy Richardem Jeffersonem dotarł do finału NBA. Zespół Martina przegrał z Los Angeles Lakers. W trzecim sezonie Kenyon Martin ponownie wszystkie mecze rozpoczynał na parkiecie i zanotował najlepsze statystyki w dotychczasowej karierze. Zdobywał 16,7 punktów w meczu i miał 8,3 zbiórek. Zespół ponownie awansował do finału ligi, i znów przegrał. Tym razem z San Antonio Spurs. W sezonie 2003-2004 Martin zdobywał 16,7 punktów i miał ponad 9 zbiórek. Pozwoliło to na powołanie do drużyny wschodu w meczu gwiazd. Zdobył w nim 17 punktów, ale wschód przegrał 132-136. Na sezon 2004-2005 Martin przeszedł do Denver Nuggets. W pierwszym sezonie gry w nowej drużynie zdobywał 15,5 punktów w meczu. W następnym sezonie Martin zaliczał niecałe 13 punktów. Sezon 2006-2007 to tylko dwa rozegrane mecze i bardzo poważna kontuzja, która wykluczyła go z całego sezonu.