Karier balap profesional Jorge Martin dimulai dengan ambil bagian dalam Red Bull Rookies Cup 2012. Sayang, lantaran dilanda berbagai cedera, kinerjanya jadi tak maksimal. Setahun berikutnya, ia mencoba lagi dan menjadi runner-up 2013. Pada 2014, pembalap Spanyol itu tampil dominan dan meraih gelar juara. Keberhasilan ini dilanjutkan dengan debut semusim penuh di Kejuaraan Dunia Moto3™ bersama Mahindra Mapfre Aspar. Finis ketujuh saat GP Aragon merupakan raihan terbaiknya, dengan ‘Martinator’ menempati posisi ke-17 secara keseluruhan. Martin dan Aspar Team kemudian sepakat untuk melanjutkan kerja sama.

Pada 2017, ia pindah ke Del Conca Gresini Racing Moto3 untuk menggantikan Enea Bastianini. Dikenal spesialis dalam kualifikasi, karena sering berada di posisi terdepan, Martin mengemas sembilan podium yang mengesankan. Meski dibekap cedera saat pertengahan musim, ia akhirnya berhasil cetak kemenangan perdana di GP Valencia. Hasil itu membawanya naik ke peringkat keempat klasemen akhir. Musim 2018 menandai kegemilangan karier balap Martin. Ia mengalahkan Marco Bezzecchi dalam perebutan titel Moto3™. Total tujuh kemenangan dikantonginya, walau sempat alami cedera lagi pada pertengahan musim.

Red Bull KTM Ajo menjadi tim baru Martin untuk 2019. Bergabung dengan salah satu tim papan atas Moto2™, sang pembalap membayar dengan podium di Jepang dan Australia. Ia lalu difavoritkan sebagai juara pada 2020, setelah raih kemenangan di GP Austria dan GP Styria. Tetapi hasil tes positif Covid-19 memaksanya absen dalam dua balapan ganda di Misano. Kendati tak keluar sebagai kampiun, Martin menutup musim dengan menduduki peringkat klasemen akhir, berkat dua podium dan satu kemenangan jelang berakhirnya Kejuaraan.

Musim 2021 membawa Martin promosi ke MotoGP™ bersama Pramac Racing. Boleh dibilang, penampilan perdananya di kelas premier begitu impresif. Ia sabet pole position dan podium pada seri pembuka di GP Doha. Namun, kecelakaan besar membuat Martin harus absen empat balapan. Setelah jalani pemulihan, ia segera cetak kemenangan di GP Styria, dilanjutkan podium ketiga di GP Austria. Dua podium lagi bantu Martin amankan gelar Rookie of The Year. Pada 2022, Martin mengokokohkan diri sebagai pemecah rekor lap. Akan tetapi, semuanya itu tak dapat dikonversikannya menjadi kemenangan. 'Martinator' menjelma sebagai penantang kuat gelar juara pada 2023, setelah tak dipilih Ducati untuk menduduki kursi pabrikan. Martin tampil begitu menonjol dalam perjalanan meraih empat kemenangan balapan Grand Prix dan sembilan kemenangan Sprint. Namun, impiannya untuk menjadi Juara Dunia terbukti di luar jangkauannya di putaran final GP Valencia.Kendati demikian, Martin memasuki 2024 sebagai favorit kuat untuk memperebutkan titel dunia lagi. Tampil konsisten sejak awal musim, mengemas tujuh kemenangan Sprint dan tiga kemenangan Grand Prix, Martinator sukses merengkuh gelar juara MotoGP™ 2024. Ia mengalahkan Pecco Bagnaia dengan selisih 10 poin pada klasemen akhir. Pada 2025, Martin mengambil langkah berani dengan pindah ke Aprilia Racing. Namun, ia menghadap awal musim yang sulit bersama pabrikan Noale. Cedera dalam kecelakaan saat pramusim, pembalap #1 itu harus absen hingga GP Qatar. Ketika kembali beraksi, ia terpaksa absen lagi karena mengalami kecelakaan saat balapan. Situasi mulai membaik saat ia mencatatkan finis terbaiknya di GP Hungaria. Akan tetapi, kemunduran dialaminya di Sprint Motegi, yang mana Martinator cedera tulang selangka. Kembali untuk ronde pamungkas GP Valencia dan Tes Valencia, Martin berharap untuk benar-benar memulai kisahnya bersama Aprilia pada 2026.