Den 31-åriga Brasilien framåt, mer känd bara vid sitt förnamn, har undertecknat ett tvåårigt kontrakt med en option på en tredjedel.
Hon har nyligen spelat i Sverige för FC Rosengard.
Marta var en del av Brasilien sidan som förlorade i 2007 VM-finalen till Tyskland i Kina.
Marta vann fem på varandra följande världsspelare av årets titlar från 2006-2010 och har avslutat i de tre bästa av omröstningarna i varje år från 2004-2014.
Orlando Citys verkställande direktör Alex Leitao sade: " Vi är otroligt stolta över att få Marta till Orlando, och jag är personligen mycket glad eftersom jag har varit ett fan av henne i många år.
"Vårt tekniska team arbetade hårt för att lägga den bästa, mest fulländade kvinnliga fotbollsspelare i världen till deltagarlistan."
Årets femfaldiga världsspelare Marta Vieira da Silva har gått med i Orlando Pride i USA:s National Women's Soccer League.