Juega como delantero y su equipo es el San Jose Earthquakes, de la Major League Soccer.

Sus buenas actuaciones le dan renombre internacional y es fichado en enero de 2012 por el BSC Young Boys.

[7]​ Este sería el comienzo de un magnífico semestre del jugador carabobeño.

Fue protagonista del equipo rojo, también sumó una diana en UEFA Europa League contra el rival belga KRC Genk.

Josef, dispararía tras un pase de Moreno Constanzo y anotaría el 1-0; el gol le sería otorgado al defensor rival quien despejó al último momento la trayectoria del balón.

[10]​ A pesar de tener un comienzo fenomenal con el equipo amarillo, Martínez amainaría sus buenas actuaciones.

No anotó gol en las siguientes jornadas y su equipo finaliza en la tercera posición.

Diez goles y siete asistencias terminaría siendo su registro en la temporada 2013/14 del fútbol suizo.

De esta manera, Martínez se convirtió en el primer venezolano en marcar goles en UEFA Europa League con dos camisas diferentes, luego sería igualado por José Salomón Rondón.

Las oportunidades solo le llegaban en el torneo continental, donde sería alineado como titular.

El criollo cuajó un gran año en suelo turinés, la que representaba su quinta campaña en el exterior desde su llegada en el 2011 al BSC Young Boys de la Súper Liga Suiza y tras jugar en ese club y el Thun logró recalar al Calcio, donde en su estreno había logrado superar con creces sus registros de una temporada, logrando la mayor cantidad de partidos jugados con 26 (su tope era 18), titularidades con 20 (16) y minutos con 1552 (1306).

Debido a la poca acción vista durante las últimas temporadas el jugador decide salir del club.

[19]​[20]​ Para la siguiente fecha continua con una sorprendente racha goleadora a partir de la cual marca un nuevo hattrick frente al Orlando City Soccer Club.

El 2 de junio marca los tres goles en la victoria 3 por 1 sobre Philadelphia Union siendo la figura del encuentro.

El 22 de julio marca su sexto hat-trick en la temporada haciendo récord en la MLS, lo haría en la victoria 3 a 1 sobre DC United.

[23]​ En la temporada 2019 de la MLS continua con su gran registro goleador, alcanzando los 33 goles en 39 partidos., llegando con su equipo a las semifinales del torneo norteamericano.

En el paso por este club, se convirtió en el jugador que más rápido llegó a los 100 goles en la historia de la MLS (fase regular y playoffs) en solo 136 partidos,[24]​ siendo el récord anterior pertenencia de Bradley Wright-Phillips, quien llegó a los 100 tantos en un total de 160 cotejos.

[25]​ Martínez también ayudó al club a ganar cuatro trofeos: campeonato de la Conferencia Este (2018), la Copa MLS (2018), la Campeones Cup 2019 y el Lamar Hunt U.S.

[36]​ Al perder los siguientes partidos de la fase de grupos, Venezuela se veía obligada a ganar en la última jornada contra Uruguay, en donde Josef falló un penalti en el minuto 14, que, a los seis minutos después, fue compensado por él mismo al anotar de cabeza.

Sin embargo, el partido terminó con empate de 2-2 que no le sirvió a La Vinotinto para clasificar al hexagonal.

Se le vio muy bien con jugadas desequilibrantes, a lo que los defensas paraguayos sufrieron para detenerle.

[38]​ Con la llegada del nuevo técnico de La Vinotinto José Peseiro, Josef comunicó que tras llamadas con el DT, sería un honor para él volver a vestir la camisa de la selección nacional.

Luego de la renuncia del técnico portugués, el entrenador argentino José Pekerman, asumió el cargo de la selección venezolana, donde Josef fue pieza importante del equipo,[39]​ anotando goles y asistiendo en los partidos que disputó.

[40]​ En 2023, mostró interés por volver a jugar con la selección,[41]​ siendo convocado en marzo para el debut del entrenador argentino Fernando Batista en la Selección de Venezuela ante Arabia Saudita,[42]​ anotando un gol en este partido.