Det oplyser Portugals Fodboldforbund på et pressemøde mandag ifølge nyhedsbureauet Reuters.
Martinez har stået i spidsen for Belgien de seneste seks år, men efter det skuffende VM i Qatar, hvor Belgien røg ud allerede efter gruppespillet, trådte han tilbage.
Portugals landstræner ved VM, Fernando Santos, stoppede ligeledes efter slutrunden, og dermed opstod der plads til 49-årige Martinez.
"Jeg sætter pris på den entusiasme og de ambitioner, som Martinez modtog tilbuddet med. Dette er et stort øjeblik for landsholdet", siger præsidenten for Portugals Fodboldforbund, Fernando Gomes.
Spanske Martinez har tidligere i karrieren også været klubtræner for Swansea, Wigan og Everton.
Portugal nåede frem til kvartfinalen ved VM i december, men her blev det til et skuffende nederlag til overraskelsen Marokko.
Martinez førte i 2012/13 sæsonen Wigan til en overraskende sejr i FA Cuppen, og i 2018 førte han Belgien til bronze ved VM i Rusland.