Se fundó con el nombre de Martos Club de Fútbol en 1949, debutó en tercera división nacional en la temporada 1953/1954. En la temporada 1956/57 cambió su denominación por la de Martos Jaén Atlético, asociándose con el Real Jaén para que este tuviera un filial en tercera.

Cuando en 1958 perdió la categoría nacional volvió a ser Martos CF. El equipo se refunda en 1970 con la actual denominación de Martos Club Deportivo. En la temporada 1978/1979 consigue el ascenso a tercera división nacional con la actual denominación. Desde 1979 juega en tercera ininterrumpidamente hasta el año 2000 en el que pierde la categoría, militando dos temporadas en regional y regresando en el 2002 a tercera. En la temporada 2007/2008 asciende a Primera División Andaluza de categoría regional. Van a pasar dos temporadas hasta la 2009/10 cuando asciende de nuevo a tercera división tras derrotar al San Isidro de Nijar en un global de la eliminatoria de 4-4 tras perder fuera 4-2 y ganar en casa 2-0; el equipo marteño volvía a categoría nacional tras quedarse 2º en la liga y más tarde ascender. En la 2010/11 finaliza 9º en la clasificación. En la temporada 2011/12 el equipo cambia de directiva de la mano de José Bonilla, que va a depositar la confianza en el joven entrenador Juan Arsenal y finaliza 9º en la primera temporada de Arsenal como entrenador del Martos Club Deportivo.