Comenzó jugando al fútbol con cinco años, en Logroño, localidad natal de su padre, cuando se apuntó a las categorías infantiles del equipo riojano C.D. Berceo, donde estuvo dos temporadas. Después pasó a las categorías inferiores del C.D. Logroñés donde estuvo otras dos temporadas, antes de incorporarse al CD Arenas de su localidad, Ayegui, por motivos de comodidad.4

Jugó después en el Club Deportivo Izarra antes de comenzar como futbolista profesional en la cantera de Osasuna. En la 05-06, el entrenador Cuco Ziganda, su principal valedor, le subió al Osasuna Promesas, convirtiéndose así en el jugador más joven de la Segunda División B.3

En el verano de 2006, el Athletic Club lo ficha pagando su cláusula de rescisión de 6.000.000 de euros, una cifra bastante alta teniendo en cuenta la juventud del jugador y la inexperiencia en Primera División. Fue recomendado por el propio Ziganda, basándose en que veía en él una apuesta de futuro y una promesa futbolística, llegando incluso a compararlo con Patrick Vieira, que además era uno de los ídolos y referentes del joven de Ayegui.1
[editar] Athletic Club

En su primera temporada en Primera División jugó 35 partidos y anotó 3 goles. A pesar de debutar a la temprana edad de 17 años, Javi Martínez fue una de las pocas noticias agradables del Athletic durante la campaña 2006/2007, convirtiéndose en una pieza básica en el centro del campo, donde demostró una gran madurez y un elevado nivel de adaptación, ya que llegó a jugar hasta con cuatro compañeros distintos (Murillo, Iraola, Orbaiz y Ustaritz) debido a la plaga de lesiones que asoló al equipo en ese momento. Destacan los dos goles que consiguió frente al Deportivo de La Coruña, en la victoria de su equipo por 0-2 en Diciembre de 2006.5

En su segunda temporada, con la llegada del entrenador Joaquín Caparrós y los varios refuerzos importantes como Gorka Iraizoz, Aitor Ocio o David López, Javi Martínez se convirtió en un jugador regular en el once titular. Acabó la temporada con 36 partidos jugados y 1 gol.

En su tercera temporada llego con el Athletic a la final de Copa del Rey de 2009, donde el club bilbaíno cayó por 1-4 frente al F.C. Barcelona y que disputó como titular. A pesar de la derrota, su equipo se garantizó participar en la ronda previa de la UEFA Europa League de la siguiente temporada.

En su cuarta temporada se clasificó para los octavos de final de la UEFA Europa League donde su equipo quedó eliminado por el Anderlecht. El futbolista navarro terminó de demostrar su capacidad goleadora al marcar 12 goles al final de la temporada entre todas las competiciones. Su buena temporada hizo que algunos grandes clubes, como el Real Madrid,6 el Manchester City7 y el FC Barcelona,8 se fijaran en él, aunque el Athletic Club se negó a negociar y remitió a los clubes a la cláusula del futbolista.9

El 11 de mayo renovó su contrato hasta el 2016 y aumentó su clausula de rescición a 40 millones de euros.