Carlos Martínez comenzó su carrera en FC Barcelona, trabajando allí desde 2014 hasta 2017. Posteriormente trabajó para el Girona FC en 2017-2018, con la responsabilidad adicional del análisis de rendimiento, Sevilla FC en 2018-2019, donde se desempeñó como asistente técnico y analista. Antesde unirse al AS Monaco trabajó en Espanyol, desde julio de 2019.