Martinsen har vært ansatt ved Danmarks sygeplejerskehøgskole, nå Institutt for sygeplejevidenskab ved Århus universitet, og senere ved Avdeling for sykepleie, Universitetet i Tromsø. I 1998 ble hun tilknyttet Lovisenberg diakonale høgskole, og i 2002 ble hun ansatt ved Institutt for samfunnsmedisin, Seksjon for sykepleievitenskap, Universitetet i Bergen. Martinsen har skrevet en rekke bøker og artikler innenfor omsorgsfilosofi, historie og sosialpolitikk.