Olivier Martinez dikenal sebagai aktor film Prancis, yang terkenal saat memerankan tokoh Horty dalam film arahan sutradara J.J. Bigas Luna, THE CHAMBERMAID ON THE TITANIC (1998).

Debut aktingnya diawali lewat peran sebagai Rollo dalam serial TV, NAVVARO (1990) episode BARBÈS DE L'AUBE À L'AURORE. Meski hanya beberapa saat dirinya tampil, namun berhasil mendorong semangannya untuk terus berpacu, hingga akhirnya berhasil membintangi film-film seprti UN, DEUX, TROIS, SOLEIL. Lewat film ini dirinya berhasil meraih César Award for Most Promising Actor.

Perannya semakin dikenal, saat bermain bersama aktris Diane Lane, dalam film UNFAITHFUL (2002). Disusul pula penampilannya dalam seral film TV, THE ROMAN SPRING OF MRS STONE (2003), S.W.A.T. (2003) dan TAKING LIVES (2004).

Sementara terkait kehidupan pribadinya, Martinez pernah hidup bersama dengan aktris Juliette Binoche, selama tiga tahun. Berikutnya menjalin hubungan dengan aktris Mira Sorvino, selama empat tahun. Ia juga dikenal sebagai mantan pacar penyanyi asal Austraia, Kylie Minogue.

Belakangan Martinez, juga diberitakan oleh media, bahwa dirinya tengah dekat dengan penyanyi pop asal Spanyol, Penélope Cruz.