Mårtensson debuterte for Malmö i 1937, og var lagkaptein for laget som tok Malmö FFs første seriemesterskap i 1944. Han var også på laget som tok seriegullet i 1949, det første av tre i klubbens første storhetstid. Gjennom ti sesonger var han klubbens lagkaptein, og han spilte totalt 403 kamper for klubben.