Natalie Martinez (n. Miami, Florida, Estados Unidos, 12 de julio de 1984) es una modelo y actriz estadounidense cuya familia es de origen cubano.
Se inicia como modelo-locutora para los productos JLO de Jennifer López. También trabajó en el videoclip Rain over Me de los cantantes Pitbull y Marc Anthony, el videoclip Señorita de Justin Timberlake y el videoclip Yo te quiero de los regetoneros puertorriqueños Wisin & Yandel, entre otros. Martínez trabajó como actriz de reparto en la película Death Race (2008) y en las películas The Baytown Outlaws, y End of Watch ambas en 2012. Su trabajo en televisión más relevante se ha desarrollado en la serie policíaca Detroit 1-8-7 como la detective Ariana Sánchez.