Entró en la política por primera vez con una candidatura infructuosa a la alcaldía de Tampa en 1974, para luego ganar el cargo en las próximas elecciones a la alcaldía de Tampa en 1979 y fue reelegido en 1983.

Martínez ocupó ese cargo desde 1991 hasta 1993, cuando regresó a Tampa y se convirtió en consultor empresarial y miembro de la junta de varias organizaciones educativas locales.

Aunque la acción laboral aparentemente no tuvo éxito en el corto plazo, sus objetivos se fueron cumpliendo gradualmente durante los años siguientes a través de acciones judiciales y legislativas.

En 1971, Martínez y la HCTA negociaron el primer contrato sindical para los maestros del condado de Hillsborough.

[6]​ En 1974, Martínez se postuló sin éxito para alcalde de Tampa contra William "Bill" Poe .

Aunque la oficina del alcalde no es partidista, se sabía que Martínez era demócrata.

Sin embargo, en 1983, cambió su afiliación al Partido Republicano después de reunirse con Ronald Reagan cuando el presidente estaba en Tampa para dar un discurso, lo que causó cierta consternación entre los partidarios locales y llevó a la especulación de que eventualmente podría postularse para un cargo más alto.

Martínez derrotó al exrepresentante estadounidense Louis Frey, Jr., de Winter Park en las elecciones primarias republicanas para gobernador y al representante estatal demócrata Steve Pajcic en las elecciones generales .

Con la victoria electoral, Martínez se convirtió en el segundo gobernador republicano de Florida desde la Reconstrucción y el primer (y hasta ahora, único) gobernador hispano en la historia de Florida.

El propósito de la Comisión era identificar enfoques y acciones específicas que el Estado pudiera tomar para mitigar la dependencia de la Florida al programa Lanzadera Espacial como empleador en la industria espacial.

Los resultados fueron desiguales, con algunos éxitos y una serie de programas que dieron pocos frutos.

[10]​ Aunque el impuesto fue derogado[11]​ y reemplazado por un impuesto tradicional sobre las ventas de bienes, la percibida indecisión en el tema dañó seriamente la credibilidad del gobernador entre los floridanos y redujo su capacidad para lograr que sus iniciativas se promulgaran.

En Banned in the USA, su siguiente álbum, 2 Live Crew incluyó una canción titulada F *** Martinez .