Родился в Париже в 1966 году. Отец актера был боксером, уроженцем Испанского Марокко, а мать - француженкой-секретаршей. Азы актерского мастерства постигал в Высшей национальной консерватории драматического искусства. В 1994 году завоевал престижную награду - премию "Сезар" за роль в фильме "Раз, два, три… замри! ". Наиболее заметная работа в Голливуде - фильм "Неверная". В средствах массовой информации широко освещались близкие и романтические отношения Мартинеза с представительницами эстрады и кино, в числе которых Кайли Миноуг, Мира Сорвино, Роузи Хантингтон-Уайтли. В данный момент его звездной пассией является Хэлли Берри.