1 A felnőtt klubokban játszott mérkőzések és gólok csak a bajnoki mérkőzések adatait tartalmazzák. Utolsó elszámolt mérkőzés dátuma: 2021. május 22. 2 Utolsó elszámolt válogatott mérkőzés dátuma: 2014. június 19.
2006 nyarán írt alá a Athletic Bilbao csapatához, 6 millió Euróért hagyta el a CA Osasuna csapatát,[2] ahol csak a B csapatban szerepelt.
2006. december 16-án a Deportivo de La Coruña elleni bajnokin duplázott.[3] A szezont 35 bajnoki mérkőzéssel és 3 góllal zárta.
2009–10-es szezonban 46 mérkőzésen, 9 gólt szerzett, ebből hatot a bajnokságban.
A 2011-2012-es szezonban az új edző Marcelo Bielsa irányítása alatt, középső védőként játszik csapatában.
FC Bayern München
2012. augusztus 29-én Bundesliga rekordot megdöntő 40 millió euróért a FC Bayern Münchenhez szerződött, amellyel 5 éves szerződést kötött.
24. születésnapján debütált szeptember 2-án debütált egy 6-1-re végződő VfB Stuttgart elleni mérkőzésen ahol csereként váltotta a 77. percben Bastian Schweinsteigert. Első gólját november 24-én szerezte az 5-0-ra végződő Hannover 96 elleni mérkőzésen.
Katar SC
2021. június 20-án jelentették be, hogy a Katar SC csapatához igazolt.[4][5]
Martínez bátyja, Álvaro Martínez szintén labdarúgó, védő. Elsősorban az alacsonyabb ligákban szerepel, egy rövid ideig a másodosztályú SD Eibar csapatánál is megfordult.