Jorge Martín intègre la Red Bull MotoGP Rookies Cup en 2012 et un an plus tard, l’Espagnol y termine vice-Champion. La consécration arrive finalement en 2014 et c’est tout fraichement couronné que le pilote ibérique fait ainsi ses débuts en mondial Moto3™ chez Mapfre Team Mahindra. Classé 17e du général, lequel prolonge alors une saison de plus dans son équipe et même si une blessure lui fait manquer deux courses, il signe tout de même une deuxième place sous la pluie à Brno. À compter de 2017, il rejoint Del Conca Gresini Moto3 et se révèle comme en témoignent ses neuf podiums et neuf poles. Auteur de son premier succès à Valence, le Madrilène achève l’année au quatrième rang, en dépit d’une blessure. 2018 ne sera pas de tout repos non plus… Victime d’une fracture au poignet gauche à Brno, il est de retour une semaine plus tard pour donner la réplique à son rival Marco Bezzecchi et il sera tout compte fait sacré en Malaisie, avec sept victoires et trois autres Tops 3 au compteur.
C’est tout naturellement qu’il grimpe la saison suivante en Moto2™, mais d’emblée le pilote du team Red Bull KTM Ajo se casse le bras droit et le pied gauche en essais. Il faudra finalement attendre la mi-saison pour commencer à le voir parmi les dix premiers, sept fois au total en comptant ces deux podiums de Motegi et Phillip Island, si bien qu’il remonte au 11e rang. En 2020, il joue régulièrement devant et s’illustre même à deux reprises. Ceci étant, il rate deux rendez-vous à cause de la Covid-19 ; raison pour laquelle il devra se contenter d’une cinquième position.
Pramac Racing lui offre ensuite un guidon en MotoGP™. Récompensé d’une pole et d’une troisième place à Doha, il connaît toutefois une violente chute au Grande-Bretagne, dont il mettra près de deux mois à s’en remettre. Après les vacances, il triomphera malgré tout en Styrie pour son sixième départ dans la cour des grands et inscrira deux Tops 3 supplémentaires. Neuvième, il repartait du coup avec le trophée de Rookie of the Year. Pour 2023, il espérait intégrer les rouges. Il sera cependant surpris par Enea Bastianini et ses jolies prestations tout spécialement sur quatre manches ne suffiront pas. De nouveau neuvième, il continuera de représenter le Prima Pramac Racing en 2023, année durant laquelle il passera un véritable cap. Après une entame de campagne moyenne, le « Martinator » remporte sa première Tissot Sprint au Mans et enchaîne les excellents résultats. Auteur de quatre doublés en Allemagne, à Saint-Marin, au Japon et en Thaïlande, il se retrouve en bataille pour le Championnat du Monde face à Pecco Bagnaia jusqu'à la dernière course à Valence mais ne parvient pas à détrôner le tenant du titre. En 2024, le pilote Pramac fait partie des grands favoris à la couronne, et il va parfaitement assumer ce statut. Vainqueur de trois Grands Prix et sept Tissot Sprint, il décroche le titre lors de la dernière manche de la saison, exceptionnellement délocalisé à Barcelone. Ducati ayant préféré Marc Márquez au « Martinator » pour un guidon dans le team officiel plus tôt dans la saison, le Champion du Monde 2024 doit défendre son titre sur une Aprilia officielle en 2025. Malheureusement, rien ne vas se passer comme prévu. Après une lourde chute au Test de pré-saison à Sepang, il manque les trois premiers Grands Prix de l'année. De retour à Lusail, il chute le dimanche et déclare forfait pour les sept manches suivantes. Enfin, il chute au départ de la Tissot Sprint au Japon et rate cinq Grands Prix supplémentaires. Il participera tout de même au GP de Valence mais rentrera au box après quelques tours. Au vu du potentiel de l'Aprilia, il sera très intéressant de voir le Champion du Monde 2024 de retour au top de sa forme en 2026.