El templo es de una sola nave cubierta con una bóveda ojival, lisa y reforzada por tres arcos en la nave y uno de doble ábside.

Fue construida en el siglo XII y fue la parroquia del Estudio General de Lérida.

Durante la Guerra de los Segadores fue reconvertida en caserna militar y a partir del siglo XIX se utilizó como prisión municipal.

En 1893, el obispo Josep Meseguer ordenó la restauración del templo.

En 1997 se constituyó el consorcio del Museo Diocesano de Lérida y se decidió que la Iglesia de San Martín fuera usada como sede provisional hasta la inauguración del nuevo museo, acontecida en noviembre de 2007.