Martina Stoessel karrierjét, 2009-ben kezdte. 2009-ben szerepelt a Patito Feo-ban. Az első évadban, Martina szerepét játszotta, később Fito Bernardi egyik asszisztenseként, valamint ugyanebben a sorozatban Leandro barátjának, Annának gyermekkori énjét is eljátszotta. 2011-ben részt vett Shannon Saunders The Glow című dalának spanyol változatában, a Tu Resplandorban, amely a Disney-hercegnők dalainak egyike. Szintén elénekelte ezt a változatot a dél-amerikai Disney Channel 2011. december 31-ei évzáró eseményében, a Celebratónban. A dal később bekerült a műsor válogatásába és a következő év márciusában adták ki.

2010-ben Stoessel elnyerte a főszerepet a Violetta című sorozatban, a dél-amerikai, az európai, a közel-keleti és a dél-afrikai Disney Channel közös produkciójában,  ahol Violetta Castillo szerepét játssza. Stoessel énekli a 2012. április 5-én bemutatott, En mi mundo című bevezetőjét, valamint az olasz (Nel mio mondo)  és az angol (My own world) változatát is. Ezzel a szerepével díjat is nyert: a Kids' Choice Awards Argentina 2012-es „Női Újonc” díját, valamint nevezve lett az USA-beli változatára is, a Nickelodeon Kids' Choice Awardsra is, a „Kedvenc Latin Színész” kategóriában.

Ezeken kívül énekelt még egy-két dalt a sorozat albumairól. Szerepelt még a dél-amerikai Disney Channel The U-Mix Show és a Disney Planet című műsoraiban is. 2013-ban megkapta továbbra is ugyanazt a szerepet a sorozatban, valamint a sorozat által ihletett előadás főszerepére is felkérték, sőt, a Szörny egyetem című film olasz változatában ő adta Carrie hangját is.

2013. augusztus 10-én Stoessel a sorozat többi tagjával szerepelt az UNICEF televíziós jótékonysági rendezvényén, az Un sol para los chicoson, ahol a Ser mejor és az En mi mundo című dalokat adta elő.Ő énekli a Libre soy és az All'Alba sorgerò című dalokat is, az angol Let It Go spanyol és olasz változatát is, mely a Disney animációs filmjének, a Jégvarázsnak a főcímdala.