Początki kościoła św. Marcina są tyleż fascynujące, co tajemnicze. Nie wiadomo np., kiedy dokładnie powstał - w X czy w XI w. Pierwszy, romański kościół stał nieopodal obecnego, gotyckiego. Wchodził w skład zamku książęcego. Po raz pierwszy słyszymy o nim w 1149 r., gdy książę Bolesław Kędzierzawy przekazał go opactwu premonstratensów, zwanych też norbertanami. Kto był jego fundatorem - trudno powiedzieć. Niewykluczone, że był to Piotr Włostowic. Tak przynajmniej twierdzi jego biograf - Benedykt z Poznania, zakonnik z wrocławskiego klasztoru na Piasku.
Z biegiem czasu zamek książęcy został przeniesiony na lewy brzeg Odry, w okolice obecnego gmachu głównego uniwersytetu (jego reliktem jest zakrystia kościoła uniwersyteckiego Imienia Jezus). Zamek na prawym brzegu, z kaplicą św. Marcina, stracił wówczas znaczenie strategiczne, ale zachował prestiżowe - związany był wszak ze starą siedzibą rodu książęcego. Nic więc dziwnego, że to właśnie tutaj, nieopodal starego, jeszcze romańskiego kościoła św. Marcina, książę Henryk IV Probus postanowił zbudować świątynię rodową, w której miał spocząć.
Mauzolum miało być poświęcone Najświętszej Pannie Maryi i wchodzić w skład opactwa cysterek. Budowa rozpoczęła się zapewne w latach 1284-1287, jednak w międzyczasie książę pogodził się z biskupem wrocławskim Tomaszem II, z którym wiódł długoletni spór o wpływy, i na zgodę postanowił wznieść kościół, któremu nadano dwa wezwania: Świętego Krzyża i św. Bartłomieja, a także rangę kolegiaty. Stanął on - patrząc od strony zachodniej - w tyle kościoła św. Marcina. To w nim pochowano księcia. Budowę kościoła Najświętszej Maryi Panny przerwano zapewne ok. 1288 r. Budowę musieli dokończyć w tej sytuacji następcy księcia. Ruszyła ona ponownie dopiero w XIV lub XV w., gdy rozebrano romańską kaplicę św. Marcina.
Na nowy, gotycki kościółek przeniesiono wezwanie z rozebranej świątyni św. Marcina - patrona rycerzy. Jego pierwotny projekt mocno jednak okrojono. Otrzymał nieregularną bryłę, która zachowała się do dzisiaj. Widocznie nie miał już tak możnego fundatora, jak na początku.
Wśród dominikanów, sprowadzonych w 1255 r. do Wrocławia z Krakowa, którzy związani byli w średniowieczu z kościołem św. Marcina, był Czesław - późniejszy błogosławiony i patron Wrocławia. Głosił w kościele św. Marcina kazania. W 1241 r., podczas najazdu mongolskiego na Śląsk, wyjednał swymi modłami ocalenie dla wrocławian, którzy schronili się w murach zamku. Według ks. Jana Długosza, było to tak: nad głową Czesława ukazał się słup ognia, który tak przeraził walecznych Mongołów, że ci opuścili miasto. Nie był to zresztą ponoć jedyny cud, który zdarzył się za jego pośrednictwem: przywracał wzrok niewidomym, oczyszczał trędowatych, uwalniał opętanych od mocy piekielnych. Jego doczesne szczątki złożono w kościele św. Wojciecha przy obecnym pl. Dominikańskim we Wrocławiu, który na Wielkanoc 1945 r. spłonął. Ocalała tylko kaplica z grobem błogosławionego. I jak tu nie wierzyć w cuda?
W 1368 r. patronat nad kościołem św. Marcina objęła kapituła katedralna. Tuż przy ambonie, na poczesnym miejscu, znajdował się obraz Matki Bożej Częstochowskiej. W 1571 r. przeniesiono tutaj z katedry polskie kazania. Od 1920 r. działało przy kościele św. Marcina polskie Towarzystwo Kościelne, a rok później stał się on decyzją władz kościelnych świątynią czysto polską. Klerycy z wrocławskiego seminarium ćwiczyli w nim wygłaszanie kazań w języku polskim. Były bowiem i takie czasy, gdy wrocławski biskup nie wyświęcił na kapłana żadnego alumna, jeśli nie zaliczył on lektoratu z języka polskiego. Wielu wiernych z rozległej wówczas diecezji wrocławskiej modliło się bowiem po polsku.
W marcu 1945 r. kościół św. Marcina spłonął w około 80 procentach. Przepadły bezcenne epitafia, XVII-wieczny wystrój wewnętrzny i całe wyposażenie z barokowym ołtarzem głównym. Odbudowa, prowadzona głównie ze składek duchowieństwa archidiecezji wrocławskiej i dotacji państwowej, trwała w latach 1958-1968. Obecnie jest to obiekt z kamienia i cegły, którego nawa na planie sześcioboku zakończona jest wydłużonym prezbiterium.
Wewnątrz mogą zachwycić zwłaszcza obiegające prezbiterium kamienne nisze z bogatymi laskowaniami. Jest to oryginalna, kamienna, jeszcze gotycka dekoracja architektoniczna, składająca się z dziesięciu segmentów ujmujących sedilla. Zawierają one ślepe arkady z maswerkami w przyłuczach, a także sakramentarium. Na Dolnym Śląsku założenie to nie ma sobie równych. Koniecznie trzeba też zwrócić uwagę na wspaniałe rzeźby św. Marcina i Madonny z Dzieciątkiem (XV w.) i gotycki drewniany krucyfiks (również z XV w.). Z zewnątrz kościół otoczony jest reliktami potężnych przypór. Tablicę pamiątkową przy wejściu do kościoła wmurowano w 1983 r. Przypomina, że spotykali się w nim ludzie spod znaku Rodła, czyli Polacy mieszkający na terenie ówczesnych Niemiec. Rodło - znak graficzny w kształcie stylizowanej linii brzegu Wisły z oznaczeniem Krakowa - wprowadzono w latach trzydziestych po tym, jak władze niemieckie zakazały Polakom na podległym sobie terytorium występowania z orłem w godle. W okresie międzywojennym do polskości we Wrocławiu (wówczas Breslau) przyznawało się kilka tysięcy osób. Przyciągała głównie możliwość studiowania na tutejszych wyższych uczelniach, zwłaszcza na uniwersytecie. Jednak miejscowa Polonia wywodziła się przede wszystkim jeszcze z XIX-wiecznej fali osiedleńców, którzy wybierali to miasto z przyczyn ekonomicznych. Ostatnia Msza św. po polsku przed 1945 r. odprawiona została w kościele św. Marcina 17 września 1939 r. przez ks. Józefa Sikorę, który przypłacił to zesłaniem do obozu koncentracyjnego.
Obecnie kościół św. Marcina jest świątynią pomocniczą parafii katedralnej, służąc duszpasterstwu środowisk twórczych. Współczesne dzieła sztuki, ozdabiające jego wnętrze, to dzieła skupionych w nim artystów.