1337-ben egy pápai adójegyzékből megtudjuk, hogy Johannes de Monte Martini a nagyszebeni prépostság papja. Ez a helység és az itt meglévő templom első írásos említése. A templomot a XIII. században emelték, eredeti szerkezete: háromhajós bazilika, toronnyal a nyugati oldalon, négyzet alaprajzú karzattal meg egy sokszögű oltár. A főhajót három pár, félköríves boltív választja el a mellékhajóktól, ezek négy oszlopra támaszkodnak, ez utóbbiakhoz pilaszereket illesztettek. Nem ismert az a tény, hogy eredetileg a térségek mi módon voltak lefedve, azonban feltételzhető, a más korabeli templomokhoz való hasonlatosságok alapján, hogy a főhajó kazettás mennyezettel volt ellátva, a mellékhajók és a karzat borda nélküli keresztboltozattal; az oltár, pedig félsüveggel volt fedve. A karzat északkeleti sarkában, valamint a mellékoldal ugyancsak északkeleti oldalán még látható a keresztboltozat maradványa.

Kívül, a mai mellékhajó északkeleti meg a karzat északi oldalán levő két fal maradványa alapján arra következtethetünk, hogy a  mártonhegyi templom eredeti tervrajza - a közelben levő nagysinkihez hasonlóan- a karzat északi és déli pontjaiban még két tornyot folglalt magába. A karzat déli részén elhelyezkedő sekrestye utólag illesztetett a templomhoz, ennek következtében itt az előbbihez hasonló maradványok eltüntek.

A torony földszintjének mennyezete kazettás, innen egy falépcsőn keresztül az első emelet erkélyéhez lehet feljutni, mely a főhajó felé egy félköríves árkádban nyílik. A torony nyugati oldalán levő portál félköríves ívsorban záródik, mely egy egyszerű párkányzatra támaszkodik, ezt a homlokzathoz illesztett árkád erősíti meg.

Ugyanúgy mint más esetekben is, az erődítési munkálatok a XV-XVI. században kezdődhettek. Tudjuk, hogy 1520-ban Mártonhegy a Nagyszeben-i szász közösségtől a templom erődítésére egy bizonyos pénzösszeget kap. Most a karzatot megnagyobbítják, ennek az északi oldalán levő sekrestyét lebontják, befalazván az ehhez nyíló ajtót is. A karzat fölé egy védelmi galériát alakítanak ki lőréssekkel ellátott falazattal; ez a hat boltívben egyesülő támpillérre támaszkodik, öntőnyílásokat zárván közre. Valószínű, hogy a karzat erődítésekor lemondtak a tornyok építéséről az északi meg déli oldalakon. Ugyanebben az időszakban emelték a nyugati torony folyosóját fából meg a templom kettős védelmi falát, melyet a régészeti kutatások hiánya miatt lehetetlen rekonstruálni. A belső védelmi falat 1886-ban lebontják; a külső, pedig ebben az időpontban már nem létezett.

Az oltár 1730-ból való festménye az Utolsó vacsorát ábrázolja, a nagyszebeni Johann Martin Stock munkája.  1795-ben a nyugati portálhoz egy oszlopcsarnokot illesztenek, egy újabb bejáratot nyitván a mellékoldal délnyugati oldalán, ugyancsak oszlopcsarnokkal fedve. Lehetséges, hogy ugyanekkor bontják le a karzat fölötti védelmi szintet is, a templom tetőzetét a támpillérek között levő árkádokra helyezvén.  A főhajót egy félkörösen ívelt, kettős ívekre támaszkodó boltozattal fedték be, a karzat, pedig egy  fiókos dongaboltozatot kapott. A mellékoldalak felett falazatból, a főhajó felé, lapos ívben nyíló erkélyeket emeltek. Ezen módosítások során a mellékhajók boltozatát megsemmisítették, majd egy mennyezettel fedtek be.

1700-ban a földterület és az erdő egy részét Constantin Brâncoveanu fejedelem veszi haszonbérbe, az erdő mai napig is megőrizvén a vajda erdedje nevet. Az 1926-1936 közötti időszakban a templom javításokon megy keresztül, 1940-ben a tornyot cseréppel fedik be, 1953-ban, pedig a templomot  egy fémöv segítségével erősítik meg. 1488-ban Mártonhegyet a Nagysejk szék szabad községeként említik.