Left Bloc
En 1994 fue cofundadora de la compañía de teatro "Visões Úteis". Afiliada al Bloco de Esquerda, es diputada en la Asamblea de la República de Portugal desde 2009, por la circunscripción de Oporto. El 11 de noviembre de 2012 es elegida coordinadora del Bloco de Esquerda junto con João Semedo, ambos sucesores de Francisco Louçã. Desde la salida de João Semedo y de una reestructuración a nivel de la dirección del partido, en 2014, Catarina Martins es portavoz de la comisión coordinadora.