Né en Espagne mais naturalisé français, Antoine Martinez découvrit le football à Caux, dans l'Hérault avant de débuter, à 18 ans, en Deuxième division à l'AS Béziers. Durant 4 saisons pleines, il eut l'occasion de se signaler et d'attirer les regards des recruteurs. Son passage au Bataillon de Joinville pour effectuer son service militaire lui permit de prendre confiance en lui en jouant avec des partenaires de renom.

En 1981, il choisit de poursuivre sa progression aux Girondins de Bordeaux malgré la forte concurrence qui s'annonçait. Mais dès sa première saison, il sut profiter des blessures de titulaires pour prendre part à 38 matches toutes compétitions confondues. Souvent présenté, à son corps défendant, comme la doublure d'Alain Giresse, il participa activement à l'obtention des premiers titres bordelais des années 80, ne jouant jamais moins de 32 matches sur une saison. Quand il entrait en jeu, il était tout de suite opérationnel.

En juillet 1985, alors qu'il lui restait un an de contrat, lassé de faire trop souvent banquette, il décida de se lancer un nouveau défi et de signer à l'Olympique de Marseille.

Il resta deux saisons sur la Canebière avant de signer à l'AS Cannes et de finir à Istres en 1992.