Als Sohn kroatischer Eltern in Split geboren, begann Martinović schon früh zu singen. Sie hat eine Schwester, Izabela, die ebenfalls eine Musikkarriere durch die in Split ansässige Popband Stijene verfolgt. Ihr großer Durchbruch kam 1991, als sie sich der Popband Magazin anschloss. Das Magazin war schon lange ein großer Name in der kroatischen Musikszene (wie auch in der weiteren Umgebung, die bis in die jugoslawische Zeit zurückreicht); als solche wurde Martinović zu einer der größten nationalen Ikonen. Sie vertraten Kroatien beim Eurovision Song Contest 1995, zusammen mit der Opernsängerin Lidija Horvat-Dunjko, und führten das Lied "Nostalgija" auf, das mit 91 Punkten auf Platz 6 (von 23 Einsendungen) landete.
1996 verließ sie das Magazin, um eine Solokarriere zu verfolgen, aber sie arbeitete weiterhin mit dem Bandleiter und dem produktiven Songschreiber Tonči Huljić zusammen. Diese Partnerschaft führte dazu, dass Martinović 1998 den Dora-Wettbewerb mit der Ballade "Neka mi ne svane" ("May the Sun Never Rise") gewann und die kroatische Vertreterin beim Eurovision Song Contest 1998 wurde, wo sie mit 131 Punkten auf Platz 5 (von 25) landete.
Im Jahr 2007 nahm Martinović an der kroatischen Version der Fernsehshow Dancing with the Stars teil, in der sie mit Nicolas Quesnoit tanzte (der Gewinner der ersten Saison mit Zrinka Cvitešić). Sie schied in der 5. Folge aus.
Im Dezember 2010 veröffentlichte sie ein neues Lied namens "Pola Pola". Im Jahr 2011 veröffentlichte sie ihr neues Album Unikat. Beim kroatischen Musikfestival SPLIT 2012 präsentierte sie ein neues Lied namens "Brodolom" oder "Shipwreck", das zum größten Sommerhit in Kroatien wurde. Der Song erreichte in weniger als einem Monat mehr als 3 Millionen Aufrufe auf YouTube.