Inició su carrera en el Club Social y Deportivo Municipal de Guatemala en 2004. Tres años más tarde, llegó al Unifut-Rosal, donde consiguió el tetracampeonato de la Liga Guatemalteca de 2010 a 2013. También fue tres veces campeona goleadora de la liga de su país en 2011, 2012 y 2013.

En 2014, Ana llegó al Houston Dash de la NWSL para convertirse en la la primera futbolista guatemalteca en jugar en el extranjero.

Un año más tarde emigró a España, donde jugó para el Dínamo Guadalajara, el Rayo Vallecano, el Sporting de Huelva y el Madrid C.F.F.

Tras su paso por España, Martínez emigró a Italia, en donde jugó para el Napoli, la Roma C.F., U.C. Sampdoria y el Pomigliano d'Arco.

Ana Lucía es la actual capitana de la Selección Guatemalteca Femenil y una de las máximas deportistas de su país y de todo Centroamérica.