Gleichermaßen zu Hause als Solistin mit Orchester wie auch als Kammermusikerin, umfässt Mihaelas Konzertkalender Auftritte mit der Philharmonie Bukarest, dem Staatsorchester Hamburg und der Berlin Academy for American Music sowie Auftritte bei den Festivals in Verbier, Enescu, Budapest Academy, Jerusalem Chamber Music, Kronberg, Santander, Ravinia und in der Suntory Hall.

Sie trat mit führenden Orchestern wie dem BBC Symphony Orchestra, dem Royal Philharmonic Orchestra und dem Montreal Symphony Orchestra auf, ebenso mit dem Mozarteumorchester Salzburg und dem Gewandhausorchester Leipzig. Dabei arbeitete sie mit Dirigenten wie Manfred Honeck, Andrew Davis, Andrew Litton, Gábor Takács-Nagy, Thierry Fischer, Thomas Sanderling, Constantine Orbelian, Nikolaus Harnoncourt, Charles Dutoit, Kurt Masur, Neeme Järvi und Paavo Järvi zusammen.

Die Kammermusik nimmt einen zentralen Platz in Mihaelas Leben ein. Neben ihrer Mitwirkung bei zahlreichen Kammermusikfestivals ist sie Gründungsmitglied des Michelangelo String Quartet, mit dem sie in der Carnegie Hall, der Boulez Hall Berlin, der Wigmore Hall London, der Library of Congress, dem Concertgebouw und dem Théâtre des Champs-Élysées auftrat.

Seit 2017 ist sie künstlerische Leiterin des Kammermusikfestivals Rolandseck/Bad Honnef und arbeitet regelmäßig mit Musikern wie Daniel Barenboim, Sergei Babayan, Lera Auerbach, Kirill Gerstein, Denis Kozhukhin, Sharon Kam, Nobuko Imai und Gábor Takács-Nagy zusammen.

Mihaela Martin ist Professorin an der Hochschule für Musik und Tanz Köln, an der Barenboim-Said Akademie in Berlin sowie an der Kronberg Academy. Sie gibt weltweit Meisterkurse und ist regelmäßiges Jurymitglied bei bedeutenden internationalen Wettbewerben wie dem Queen Elisabeth Wettbewerb (Belgien), dem Indianapolis Wettbewerb (USA), dem Concours Musical International de Montréal (Kanada), dem Enescu-Wettbewerb (Rumänien) und dem Tschaikowsky-Wettbewerb (Russland).

Mihaela Martin spielt eine Violine von J. B. Guadagnini aus dem Jahr 1748.