Do NBA trafił w 2004 roku i spędził w niej 12 lat. W drafcie sięgnęli po niego Sacramento Kings, a Martin z każdym kolejnym sezonem w Kalifornii stawał się lepszym koszykarzem. Dla Kings zagrał pięć pełnych sezonów, w najlepszym z nich notował średnio 24,6 punktu.
W 2010 roku na mocy wymiany trafił do Houston Rockets, gdzie spędził tylko dwa lata. Został bowiem zaangażowany w kolejny transfer i przeniósł się do Oklahoma City. Bohaterem tej transakcji był jednak James Harden, który zamienił Thunder na Rockets.
Po roku spędzonym w nowym zespole, Martin trafił na rynek wolnych agentów i podpisał czteroletnią umowę z Minnesotą Timberwolves. Kontraktu jednak nie wypełnił. 1 marca 2016 porozumiał się z zespołem w sprawie jego wykupienia. Na koniec zaliczył jeszcze epizod w San Antonio Spurs, zanim ostatecznie pożegnał się z NBA.
