Dedicada a San Martín de Tours, es un edificio de dos naves, construido en piedra de las canteras de tierra de Cuéllar.

En su construcción se distinguen varias etapas y distintos estilos arquitectónicos. A finales del siglo xv se construyeron la cabecera y la capilla contigua, de Santa Catalina, fundada en 1497 por el bachiller Juan Fernández, cura del municipio y arcipreste de Fuentidueña.

La segunda etapa se emprendió durante la segunda mitad del siglo xvi, pero las obras avanzaban lentamente, ya que a comienzos del siglo xvii todavía se estaban construyendo las naves, y en 1623 estaba por terminar el cuerpo de la iglesia. Durante este periodo trabajaron en su construcción varios maestros, documentándose en 1598 varios pagos a Francisco del Bado; en 1610, el maestro cantero Pedro de la Vega reemplaza a de los Corrales.