Film:
* 1996: Rytteren på taget (Le Hussard sur le toit)
* 1998: Englenes drømmeliv (La Vie rêvée des anges)
* 2000: Stranden
* 2001: Ulvens broderskab (Le Pacte des Loups)
* 2002: Utro
* 2003: De jagede
* 2005: S.W.A.T.
* 2007: Hitman
* 2009: Agathe Cléry
* 2010: Riten
* 2011: The Dark Knight Rises
* 2014: Forbindelsen (La French)
* 2016: Pigen i toget
* 2017: Løftet
* 2018: Manden, der dræbte Don Quixote
* 2023: Dræberen
Fjernsyn:
* 1992: Historien om en kvinde (L'histoire d'une femme) - TV-film
* 1994: Mit livs mand (L'homme de ma vie) - TV-miniserie
* 2003: The Wire - TV-serie (1 afsnit)
* 2005: Det sidste tog (Der letzte Zug) - TV-film
* 2013: Den femte ejendom - TV-film
Kommende projekter:
* 2023: Dræberen (Netflix)
Bemærk venligst, at dette ikke er en udtømmende liste og muligvis ikke inkluderer alle Olivier Martinez' projekter. For en mere komplet filmografi kan du tjekke websteder som IMDb eller Allmovie.