Il 16 giugno 2021, Martens è stata nominata come una delle 18 giocatrici della prima squadra dei Paesi Bassi alle Olimpiadi del 2020, il primo torneo olimpico femminile dei Paesi Bassi. Nella prima partita della fase a gironi, Martens ha segnato il suo cinquantesimo gol contro lo Zambia. Martens ha segnato un altro in quella partita con il risultato finale in Zambia 3 <unk> 10 Paesi Bassi, la partita di calcio femminile più alta nella storia delle Olimpiadi. Nella terza e ultima partita della fase a gironi dei Paesi Bassi, Martens ha segnato altri due gol contro la Cina mentre gli olandesi avanzarono ai quarti di finale del torneo. Hanno affrontato la finale della Coppa del Mondo femminile 2019
Martens ha mancato un penalty all'81° minuto e gli olandesi sono stati sconfitti dopo una serie di rigori dopo un periodo di tempo supplementare.