O jogador de 33 anos se junta ao clube com um contrato de três anos, encerrando um período de cinco anos no Aston Villa que incluiu 256 aparições e um triunfo na Europa League na temporada passada.
Martinez, que venceu a Copa do Mundo com a Argentina em 2022 e anteriormente passou pelas categorias de base do Arsenal, descreveu a mudança como uma decisão simples.
"Estou encantado por estar neste clube de futebol. Vir para o Chelsea, para mim e minha família, foi uma decisão fácil de tomar e estou muito feliz - mal posso esperar para começar," ele disse.
"Quero ter sucesso aqui. Sou alguém que quer vencer em tudo que faço e quero trazer isso aqui para este clube de futebol porque é um clube de futebol que ganha títulos, então acho que é uma boa combinação.
"Sou pura paixão e jogo com meu coração. Darei 100% em cada jogo, em cada treino para deixar o clube, meus companheiros e os torcedores orgulhosos."
O treinador Xabi Alonso não perdeu tempo em dar a Martinez sua estreia, começando-o contra o Brighton no dia em que o negócio foi concluído.
"Estamos muito felizes com Emi e estamos encantados por tê-lo aqui no Chelsea," disse Alonso antes do apito inicial. "Ter um goleiro de tal estatura, de tal personalidade, é muito bom para nós. Acho que ele trará muitas qualidades, e estou certo de que ele pode ter um impacto imediato, e é por isso que decidimos que ele está pronto para jogar imediatamente."
A transferência continua uma relação comercial incomumente próxima entre os dois clubes, com Martinez se tornando o oitavo jogador a trocar entre Chelsea e Villa nos últimos quatro anos.
Sua chegada ao Stamford Bridge segue um crescente escrutínio das opções de goleiro existentes do Chelsea após um início instável na temporada, e dá a Alonso uma presença experiente e vocal entre as traves enquanto o clube busca construir impulso durante o restante da janela de transferências e além.