Martinez mengawali debutnya di dunia seni peran ketika terlibat dalam drama seri America's Most Wanted tahun 1993, dan setelah itu, dia tampil di beberapa serial drama televisi. Martinez juga merupakan pekerja teater yang bergiat di LAByrinth Theater Company.[1][2]
Tahun 2010, Martinez membintangi film komedi Cop Out sebagai Tino, bersama Bruce Willis dan Tracy Morgan, disutradarai oleh Kevin Smith, dirilis pada 26 Februari 2010 oleh Warner Bros.Pictures.[3] Tahun itu juga dia berperan sebagai Ginger Goon dalam film komedi superhero berjudul Kick-Ass yang dibintangi oleh Aaron Johnson, Mark Strong, dan Chloë Grace Moretz, disutradarai oleh Matthew Vaughn dan dirilis pada 16 April 16 2010.[1]
Pada tahun 2012, Martinez membintangi film komedi berbahasa Spanyol Casa de Mi Padre sebagai Manuel bersama Will Ferrell, Gael García Bernal, dan Diego Luna. Film ini disutradarai oleh Matt Piedmont dan dirilis pada 16 Maret 2012.[1][4]
Martinez, pada tahun 2013 tampil dalam film biografi komedi berjudul The Secret Life of Walter Mitty sebagai Hernando untuk pemeran pembantu bersama Ben Stiller dan Kristen Wiig.[5] Film yang disutradarai oleh Stiller, ini diangkat dari naskah karya Steve Conrad, yang dirilis pada 25 Desember 2013 Amerika Utara oleh 20th Century Fox.[6] Kemudian, dia juga membintangi film American Hustle berperan sebagai Julius berdampingan dengan Christian Bale, Bradley Cooper, Jeremy Renner, Amy Adams, dan Jennifer Lawrence.[5] David O. Russell menyutradarai film ini, yang diangkat berdasarkan naskah karya Eric Warren Singer[7] Di film superhero The Amazing Spider-Man 2 yang dirilis pada 2 Mei 2014, Martinez berperan sebagai Bodega Cashier, menjadi lawan main Andrew Garfield dan Emma Stone. Film ini disutradarai oleh Marc Webb.[1]
Tahun 2015, Martinez memainkan peran Farhad di film komedi Focus bersama Will Smith dan Margot Robbie, yang disturadarai oleh Glenn Ficarra dan John Requa.[5][8] Film ini dirilis pada 27 Februari 2015 oleh Warner Bros.[9] Focus merupakan penampilan pertama Martinez setelah dia berkarier selama 20 tahun."[1][9] Tahun itu pula, dia mendapatkan peran dalam film komedi Sisters bersama Tina Fey dan Amy Poehler, yang akan dirilis pada 18 Desember 2015..[8]
Pada bulan Juni 2015, Martinez menerima tawaran casting dalam film komedi detektif yang belum berjudul bersama Bruce Willis, John Goodman, dan Stephanie Sigman. Film ini masih dalam proses produksi di Venice, Los Angeles, yang sedang dikerjakan oleh sutradara Mark Cullen and Robb Cullen.[10]
