Di tingkat internasional, ia mewakili Bulgaria U17. Ia bermain terutama sebagai Bek. Nilai pasar saat ini diperkirakan sebesar 75K €.

Perpindahan terakhirnya adalah Gratis dari CSKA 1948 Sofia II ke Sampdoria U19 pada 2025-02-03. Biaya transfer yang dilaporkan adalah 0.1M €.

Sepanjang Kejuaraan Eropa U19 2025-2026, Martin dimitrov tampil dalam 2 pertandingan, dengan rata-rata 0 tekel, 0 intersepsi, dan 0 sapuan per pertandingan, serta memblokir 0 tembakan per pertandingan.