Rafael Martins speelde in de jeugd voor Audax São Paulo, CA Juventus, SC Internacional en Grêmio. Audax leende hem uit aan Grêmio, het tweede elftal van Real Zaragoza, Grêmio Barueri, ABC, Chapecoense en Vitória Setúbal. Tijdens het seizoen 2013/14 maakte de Braziliaan zestien doelpunten in 28 competitiewedstrijden voor Vitória Setúbal in de Primeira Liga. Op 18 juli 2014 tekende hij een driejarig contract bij het Spaanse Levante UD. Op 24 augustus 2014 debuteerde Martins voor zijn nieuwe club, in een thuiswedstrijd tegen Villarreal CF.[3] Op 8 december 2014 maakte hij zijn eerste doelpunt in de Primera División, in een thuiswedstrijd tegen Getafe CF.[4]