Després d'iniciar la seva carrera a les divisions inferiors, va ocupar diversos llocs al Sevilla, entre els quals hi ha el d'ajudant i el d'entrenador de l'equip de reserva. Posteriorment va dirigir Osasuna i Granada, amb què va aconseguir l'ascens a la Lliga.
Martínez es va retirar del futbol professional als 20 anys, i va començar la seva carrera com a entrenador a les categories inferiors del CD Imperio d'Albolote, alhora que jugava amb el seu primer equip.[3] El 2004, es va traslladar al Arenas CD, encarregant-se inicialment del planter.[4]
Segon entrenador en la temporada 2005-06, Martínez va ser nomenat director del primer equip el juliol de 2006, a Tercera Divisió. L'any següent va ser nomenat entrenador del Motril CF, i va romandre en el càrrec durant dos anys.[5]
Sevilla
L'octubre del 2009, Martínez va fitxar pel Sevilla FC, incorporant-se immediatament a la plantilla de l'equip.[6] La temporada següent es va fer càrrec de l'equip C del club i posteriorment va dirigir la plantilla del Juvenil.[2]
El 22 de maig del 2012, Martínez va ser nomenat ajudant del primer equip, en substitució de Javi Navarro.[7] El 13 de juny de 2014, va ser nomenat al capdavant del filial a Segona Divisió B,[8] aconseguint l'ascens a Segona Divisió el 2016.[9]
Després d'evitar el descens amb el filial, Martínez va optar per no renovar el contracte i es va fer càrrec del CA Osasuna el 14 de juny del 2017.[10] El 7 de juny següent, va deixar el club després de no classificar-se per als play-off.[11]
Granada
El 14 de juny del 2018, Martínez va ser nomenat entrenador del Granada CF,[12] aconseguint l'ascens a la Lliga al final de la temporada. Era el tècnic més jove de la temporada 2019-20, el seu equip va gaudir de la millor arrencada de Lliga de la seva història després d'aconseguir 20 punts en deu partits, fet que va portar els natzaresos a liderar del torneig durant dues setmanes.[13] Per això, el 14 de novembre del 2019 va ser recompensat amb una ampliació del seu contracte per un any fins al 2021.[14]
Martínez va ser guardonat amb el Trofeu Miguel Muñoz (compartit amb José Bordalás) pel Marca el 16 de desembre de 2019, pel seu esforç en la temporada anterior.[15] Amb un setè lloc a la seva temporada de debut a la màxima categoria, va classificar l'equip per primera vegada per a la UEFA Europa League.[16] En aquesta campanya, va aconseguir els quarts de final abans de ser eliminat pel Manchester United FC.[17]
El 27 de maig del 2021, Martínez va optar per deixar que el seu contracte expirés.[18]
Espanyol
El 31 de maig de 2022, Martínez va ser nomenat entrenador del RCD Espanyol també al primer nivell, amb un contracte de dos anys.[19]
