Natural de Palmela, Joana Martins começou a jogar futebol no Palmelense FC, antes de se mudar para o CD Pinhalnovense. Jogou em equipas masculinas até 2014, ano em que ingressou no Quintajense FC.

Chegou ao Sporting CP em 2016, vinda da Escola de Futebol Feminino de Setúbal já com estatuto de internacional pelas selecções de sub-16 e sub-17. De verde e branco venceu títulos de juniores na época de estreia, acrescentando títulos como sénior nos anos seguintes. Estreou-se em setembro de 2017, com um golo, ainda com dezasseis anos e debutou na principal selecção nacional em janeiro de 2019. Já ultrapassou os 100 encontros de leão ao peito e leva seis títulos conquistados na equipa sénior.