Le joueur de 33 ans rejoint le club avec un contrat de trois ans, mettant fin à un passage de cinq ans à Aston Villa qui a inclus 256 apparitions et un triomphe en Ligue Europa la saison dernière.
Martinez, qui a remporté la Coupe du Monde avec l'Argentine en 2022 et qui a précédemment gravi les échelons à Arsenal, a décrit ce transfert comme une décision simple.
"Je suis ravi d'être dans ce club de football. Venir à Chelsea, pour moi et ma famille, était une décision facile à prendre et je suis tout simplement aux anges - j'ai hâte de commencer," a-t-il déclaré.
"Je veux réussir ici. Je suis quelqu'un qui veut gagner dans tout ce que je fais et je veux apporter cela ici dans ce club de football parce que c'est un club de football qui gagne des titres, donc je pense que c'est un bon match.
"Je suis tout passion et je joue avec mon cœur. Je donnerai 100 % à chaque match, à chaque séance d'entraînement pour rendre le club, mes coéquipiers et les supporters fiers."
L'entraîneur Xabi Alonso n'a pas perdu de temps pour donner à Martinez ses débuts, en le titularisant contre Brighton le jour où le transfert a été finalisé.
"Nous sommes très heureux avec Emi et nous sommes ravis de l'avoir ici à Chelsea," a déclaré Alonso avant le coup d'envoi. "Avoir un gardien de but de cette stature, de cette personnalité, c'est très bon pour nous. Je pense qu'il apportera beaucoup de qualités, et je suis sûr qu'il peut avoir un impact immédiat, et c'est pourquoi nous avons décidé qu'il est prêt à jouer tout de suite."
Ce transfert continue une relation commerciale inhabituelle entre les deux clubs, Martinez devenant le huitième joueur à passer entre Chelsea et Villa au cours des quatre dernières années.
Son arrivée à Stamford Bridge fait suite à un examen croissant des options de gardien de but existantes de Chelsea après un début de saison difficile, et donne à Alonso une présence expérimentée et vocale entre les poteaux alors que le club cherche à construire un élan à travers le reste de la fenêtre de transfert et au-delà.