Sur cette place de Saint-Martin-en-Ré, il devait y avoir, au XIe siècle, un sanctuaire de style roman. Il fut remplacé aux XIVe et XVe siècles par une église de style gothique flamboyant - et sûrement de belle facture compte tenu du bras du transept qui nous en est parvenu. Comme à Ars-en-Ré, en Aunis ou en Saintonge, l'église Saint-Martin fut fortifiée, avec double chemin de ronde dans ses parties hautes à tel point qu'elle prit le nom de «Grand Fort».
La guerre de Cent Ans et les incursions anglaises ne l'ont pas trop endommagée. En revanche, les guerres de Religion l'ont quasiment laissée à l'état de ruine. Les Huguenots s'emparèrent de l'île en 1586 et firent un sort à l'édifice dont il ne resta que la partie fortifiée et quelques pans de murs. Cette mise à sac rendit l'église impropre au culte.
En 1627, les Anglais, soutiens des huguenots, furent chassés de Ré. En 1628, la Rochelle est reconquise. L'église est reconstruite, mais subit le bombardement de la flotte anglo-hollandaise en 1696, lors de la guerre de la Ligue d'Augsburg. Les tempêtes la dégradèrent un peu plus. Finalement elle fut en partie reconstruite à la fin du XVIIIe siècle avec une orientation inversée : le chœur serait désormais à l'ouest dans l'ancienne nef qui se trouvait raccourcie.
Dernier malheur : en mars 1964 un incendie détruisit complètement le maître-autel et les plafonds. Les Monuments historiques entreprirent les réparations en s'efforçant de rendre au sanctuaire son aspect de la fin du XVIIIe siècle.