Ministro de Hacienda. Hijo de Manuel Martínez Ulibarría y Josefa Manuela Martínez Pastor y Lozano. Por el lado paterno, Antonio era sobrino de Antonio Martínez Ulibarría, hacendado en Ajamil y vecino de Madrid, oficial de la Tesorería General de Su Majestad. Es más que probable que éste utilizase sus influencias en la Corte para hacer ingresar a su sobrino en la función pública.

Antonio Martínez obtuvo el reconocimiento a su hidalguía por la Chancillería de Valladolid. De este modo, en 1802 ingresó en el solar de Valdeosera junto a su tío Antonio Martínez Ulibarría, en virtud de Real Carta Ejecutoria dada en Valladolid en 26 de junio de 1801. Individuo del Real Cuerpo de Caballeros Hijosdalgo de la Nobleza de Madrid desde 1802, 1817 fue designado alcalde noble de su villa natal, Ajamil.

Fue funcionario, contador de la Dirección del Crédito Público y desde 1815, intendente honorario de provincia. En 1819 ocupó este mismo puesto con carácter efectivo. Nombrado tesorero general de la Nación en 1822 y consejero de Hacienda. Ese mismo año, durante el Trienio Liberal, siendo ministro de Estado Evaristo Fernández San Miguel, llegó a desempeñar interinamente el cargo de ministro de Hacienda los días 5 y 6 de agosto. Dimitió del cargo alegando sus continuas indisposiciones, siendo sustituido por Mariano Egea.

Nombrado caballero de la Orden de Carlos III en 1830, su expediente menciona cargos de consejero de Su Majestad en el Tribunal Supremo de Hacienda y el de contador general de distribución.

Alcanzó la cartera de ministro de Hacienda, sustituyendo a Victoriano Encima y Piedra. Primero ocupó el cargo entre el 25 de marzo y el 29 de septiembre de 1833, momento coincidente con una etapa de gobierno moderado de Fernando VII y el fallecimiento del rey. La regente María Cristina confirmó el gabinete de Cea Bermúdez, pero éste sustituyó a Antonio Martínez por Javier de Burgos, que desde el 21 de octubre venía desempeñando el cargo de ministro de Fomento.

Fue miembro del Estamento de Próceres del Reino entre 1834 y 1836, según lo establecido por el Estatuto Real. En 1845 recibió nombramiento como senador vitalicio, cargo que desempeñó hasta 1853.