A nivel internacional, representa a la Bulgaria Sub-17. Juega principalmente en la posición de Defensor. Su valor de mercado actual se estima en 75K €.

Su último movimiento fue un Fichaje Libre del CSKA 1948 Sofia II al Sampdoria U19 el 2025-02-03. La tarifa informada fue de 0.1M €.

Durante la temporada 2025-2026 de la Campeonato de Europa Sub-19 de la UEFA, Martin dimitrov participó en 2 partidos, con un promedio de 0 entradas, 0 intercepciones y 0 despejes por partido, además de bloquear 0 tiros por partido.