Martina Toniolo nasce nelle giovanili della Biellese con cui milita nella Serie C 2019/20, per poi essere rilevata dalla Juventus dove non trova spazio per cui nel 2020/21 passa all''Empoli giocando 13 partite. L'anno successivo passa sempre in prestito al Napoli, in Serie A, disputandovi nuovamente 13 presenze e realizzando la prima rete in carriera. Il 17 agosto 2022, viene ceduta in prestito per una stagione alla Lazio, in Serie B dove colleziona in tutto 26 partite e tre reti in campionato. A luglio 2023, viene ceduta in prestito con diritto di riscatto alla Fiorentina e dopo aver collezionato 22 presenze in campionato, quest'estate viene ufficialmente riscattata dal club viola con cui firma un contratto triennale.
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