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Licenciada en Piano y Armonía, es becada por Fundación Séneca para estudiar Dirección de Orquesta en el Conservatorio de Viena con Georg Mark y Reinhard Schwarz, donde se gradúa dirigiendo a la Orquesta Sinfónica de la Radio de Vien con "Matrícula de Honor y mención especial". 

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Desde entonces, ha dirigido con éxito a orquestas como la Orquesta Nacional de España, Orquesta Ciudad de Barcelona y Nacional de Cataluña, Sinfónica del Principado de Asturias, Filarmonía de Oviedo, Orquesta de Valencia, Orquesta Ciudad de Granada, Orquesta Sinfónica de Bilbao, Filarmónica de Málaga, Orquesta de Córdoba, Wiener Kammerorchester, Orquesta del Conservatoria Nacional de Brasilia, Orquesta del Festival de Singapore, Orquesta Nacional de Santo Domingo, donde colabora con Philippe Entremont o la Orquesta Sinfónica de la Radio de Viena.

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En enero de 2004 es nombrada 'Joven del Año' por la Consejería de Juventud de la Región de Murcia y asistente de Bertrand de Billy en el Gran Teatre del Liceu de Barcelona.

En diciembre de 2009 lleva a cabo una gira por Estados Unidos donde destacan sendos conciertos en el McCormick Place de Chicago y el Lincoln Center de Nueva York.

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Virginia Martínez ha trabajado con solistas como Javier Perianes, Boris Belkin, Judith Jáuregui, Fazil Say, María Espada, José Antonio López, Gustavo Peña, José Ferrero, Cristina Faus, María Bayo, Pilar Jurado, Pablo Ferrández, Christian Polera, Jesús Reina, Gabriela Montero o Joaquín Riquelme, entre otros. Y con escenógrafos y directores de escena como Paco Azorín, José Carlos Plaza o Emilio Sagi.

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En 2016, la ciudad de Molina de Segura inauguró el Auditorio 'Virginia Martínez Fernández', en su honor.

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El mes de enero de 2018 fue nombrada como una de las 'Mujeres del Año' en la IX edición de los premios que concede la revista de ámbito nacional 'Mujer Hoy' (Grupo Vocento) y el 8 de marzo recibió la distinción de 'Mujer Murciana del año 2018' otorgado por la Comunidad Autónoma de Murcia por ser "una de las más importantes jóvenes directoras de orquesta del plano internacional", así como por "su calidad humana y como docente", resultado de su incesante labor de acercamiento de la música clásica a los más jóvenes.

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En la actualidad, es directora titular de la Orquesta de Jóvenes de la Región de Murcia (OJRM) y directora titular y artística de la Orquesta Sinfónica de la Región de Murcia (OSRM).