Moderklubb til Tommy Marthinsen er Vålerenga IF og er sønn til Jim Marthinsen. Han ble innmeldt i klubben når han var 3 dager gammel. Tommy startet som femåring sammen med Morten Fjeld og Kenneth Larsen. Tommy dro til Storhamar IL som junior i 1995 da han fikk for lite spilletid i Vålerenga. Her ble han lagkamerat med pappa Jim, og debuterte hjemme mot Frisk i femte serierunde. Etter noen år i tyske TSV Erding og Norske TIK, Hasle/Løren og Frisk Asker endte han opp i moderklubben igjen fra sesong 2000/01 der spilte han fram til 2006/2007. Mange år senere kom han tilbake til Hamar og fungerte som trener i Storhamar U20.