Бившият футболист на Ботев (Враца) и ЦСКА игра в немския тим от 2001 до 2005 г. Той премина във Волфсбург от швейцарския Сервет, а след това изигра 116 мача, в които вкара 28 гола. Мартин Петров не беше част от последния шампионски тим на "вълците", но по негово време тимът бе сред претендентите за титлата.

След като напусна Волфсбург Марто игра в Атлетико (Мадрид), Манчестър Сити, Болтън и Еспаньол (Барселона). Той завърши кариерата си като играч на ЦСКА през 2014 г.