Dès son jeune âge, Virginia Martínez a dirigé des formations musicales, comme la chorale des enfants dans sa ville natale de Molina de Segura (Espagne). En 1999, elle a conclu sa formation au Conservatoire Supérieur de Musique de Murcie et a ensuite reçu une bourse de la Fondation Séneca de Murcie pour continuer ses études à l’étranger. De 1999 à 2003, Virginia Martínez a étudié la direction d'orchestre au Conservatoire de Vienne, sous la conduite de Reinhard Schwarz et Georg Mark, et elle a reçu son diplôme avec distinction.

En 2003, elle a dirigé la création de l’ œuvre contemporaine Deux ex Machina de Markus Preisl, avec l’ensemble du Conservatoire de Vienne. Cette même année a eu lieu la première de Voyage d’hiver avec l’Orchestre symphonique de Murcie. Cette oeuvre a été enregistrée par la radio d’État d’Espagne (RNE). Martínez a été chef assistant à l’Orchestre symphonique de Barcelone, l’Orchestre national de Catalogne et, avec Yaron Traub, à l’Opéra de Valence. Elle a dirigé entre autres l'Orchestre symphonique de Murcie, l'Orchestre symphonique de Vallès, l’Orchestre ibérique, l’Orchestre de Grenade ou l'Orchestre de Chambre de Vienne. En 2010, Martínez était au pupitre pour la première de Amb els peus a la lluna au Festival Grec à Barcelone et en 2011 elle a dirigé Le Barbier de Séville de Rossini dans une mise en scène de José Carlos.

En 2004, Virginia Martínez a reçu le titre «Jeune de l'année» par le gouvernement de Murcie et elle a récemment été honorée comme l'un des 100 meilleurs jeunes talents d’Europe. Actuellement, elle travaille en tant que chef titulaire de l'Orchestre des jeunes à Murcie et de l'Orchestre symphonique de Murcie. Durant la saison 2015/16, elle va diriger le 10e Concert symphonique Reflets Viennois au TOBS.