Elaborou desenhos que posteriormente resultaram em importantes publicações ilustradas, como Reise in Bresilien, em parceria com Spix e editado em Munique entre 1823 e 1831. Essa publicação, organizada em três volumes de grande valor documental e etnográfico, retrata os índios brasileiros e seus costumes, além de aspectos de nossa paisagem. Outra considerável obra de Martius é a Flora Brasiliensis, publicada em 40 volumes entre 1840 e 1906, com mais de 20 mil espécimes vegetais catalogados, uma referência no estudo da botânica brasileira até os dias de hoje. Tal empreitada contou com diversos colaboradores, entre eles Thomas Ender e Benjamin Mary. Martius morreu antes que a Flora Brasiliensis fosse totalmente publicada, deixando-a como legado para outros editores.

No acervo de Iconografia do IMS, existem aproximadamente 200 obras de von Martius, entre elas as Tabulae Physiognomicae – pranchas integrantes do primeiro volume da Flora Brasiliensis –, uma edição completa de sua Reise in Bresilien, e um álbum de desenhos atribuído ao autor, intitulado Vues du Brésil, ilustrado com 78 imagens da paisagem e flora brasileira.