Carlos Martínez iniciou sua carreira no FC Barcelona, trabalhando lá de 2014 a 2017. Posteriormente, trabalhou no Girona FC em 2017-2018, com a responsabilidade adicional de análise de desempenho, Sevilla FC em 2018-2019, onde atuou como assistente técnico e analista. Antes de ingressar no AS Monaco, ele trabalhou no Espanyol, desde julho de 2019.