A nivel internacional, juega para Bulgaria Sub-17. Su función principal en el campo es Defensor. Su valoración de mercado estimada se sitúa actualmente en 75K €.

Su último traspaso lo llevó a Sampdoria U19 desde CSKA 1948 Sofia II mediante Fichaje Libre el 2025-02-03. La operación se reportó en 0.1M €.

A lo largo de Campeonato de Europa Sub-19 de la UEFA 2025-2026, Martin dimitrov jugó 2 partidos y promedió 0 entradas, 0 intercepciones, 0 despejes y 0 tiros bloqueados por partido.