L'edificio di culto fu menzionato per la prima volta nel marzo del 1088 in un atto di donazione da parte dei coniugi Gezo ed Algusa e dei loro figli al monastero di Santo Stefano; altre testimonianze storiche del complesso risalgono alla visita apostolica di monsignor Francesco Bossi o Bossio nel 1582. Sicuramente la chiesa dell'XI secolo era collocata in una località più a monte dell'attuale ubicazione (loc. Casale).

Nel 1337 la chiesa era già eretta in parrocchia (rettoria) e probabilmente era già stata traslata più a valle, nell'attuale sito. Da recenti rinvenimenti, si è riusciti a sapere che l'edificio sacro aveva le forme e le fattezze di un tempio romancio, con le coperture delle navate laterali sotto elevate rispetto a quella della navata centrale.

Nel 1587, data riportata sul portale, la chiesa ebbe a subire una prima, consistente ristrutturazione (probabilmente a seguito delle prescrizioni emanate da monsignor Bossi). La facciata in stile barocco si presenta con semplici motivi del Cinquecento ed un piccolo portale in marmo raffigurante san Martino a cavallo nel celebre atto di dividere il proprio mantello per donarne la metà ad un povero.

Un secondo restauro avvenne in seguito, nel 1743 (altra data riportata sul portale). Miracolosamente l'edificio riuscì ad uscire indenne dalla Guerra di successione austriaca, che devastò Genova e, soprattutto, il Genovesato.

Nel 1821 fu eretta in prevostura.

Una terza, consistente ristrutturazione avvenne nel 1849-1851, ad opera del sacerdote Giuseppe Boggiano, che procedette a far rifare l'altare maggiore in stile neo-classico, nonché a ridipingere e ripavimentare la chiesa secondo i gusti dell'epoca.

Nel 1852 la Chiesa fu consacrata.

Più recentemente (nel 1951) fu presentato un nuovo progetto di ristrutturazione della facciata ma, poiché avrebbe però stravolto l'originale architettura, i lavori si interruppero quasi subito, anche per la mancanza dei fondi necessari. I lavori ripresero quasi trent'anni dopo, intorno agli anni ottanta, recuperando l'antico sagrato, il piazzale, il muro di cinta, il campanile, la canonica e la chiesa stessa. L'interno della chiesa è diviso in tre navate con archi a tutto sesto e colonne del XVI secolo. Tra le numerose opere d'arte conservate è presente una tela raffigurante san Martino intento a tagliare il suo mantello, attribuita a Giovanni Battista Carlone; le altre opere pittoriche presenti sono attribuibili al pittore Bernardo Strozzi e ad altri insigni Artisti genovesi.

Tra il 2010 e il 2015 la Chiesa fu interessata da un generale restauro interno ed esterno, comprendenti i tetti, le facciate, le decorazioni interne, i quadri, l'organo. I lavori furono inaugurati dall'Arcivescovo di Genova, Cardinale Angelo Bagnasco.

Martino nacque in Pannonia, l'odierna Ungheria, nel 316; era figlio di un ufficiale romano e fu educato nella città di Pavia, dove passò la sua infanzia fino all'arruolamento nella guardia imperiale all'età di quindici anni. A scuola Martino prese i primi contatti con i cristiani e, all'insaputa dei genitori, si fece catecumeno e prese a frequentare con assiduità le assemblee cristiane. La sua umiltà e la sua carità hanno dato vita ad alcune leggende tra cui quella in cui Martino incontrò un povero al quale donò metà del suo mantello; oppure quella dell'attendente che Martino considerava come un fratello, tanto da tenergli puliti i calzari.

Ottenuto dall'imperatore l'esonero dal servizio militare, Martino si recò a Poitiers presso il vescovo Sant'Ilario, che completò la sua istruzione religiosa, lo battezzò e lo ordinò sacerdote. Tornò in Pannonia dove convertì la madre, quindi combatté gli Ariani a Milano, ma venne cacciato. In seguito si ritirò in Liguria, infine di nuovo in patria. Amante della vita austera e del silenzio, eresse il monastero di Ligugè, il più antico d'Europa, e quello di Marmontier, tuttora esistente. Essendo vacante la diocesi di Tours, nel 372 venne consacrato vescovo per unanime consenso di popolo.

Accettò la carica con grande riluttanza, ma si dedicò con zelo all'adempimento dei suoi doveri episcopali, continuando la sua vita ascetica di preghiere e rinunzie e portando nella sua nuova missione il rigore dei costumi monastici, sempre vicino alla gente, soprattutto ai contadini più poveri. Resse la diocesi per ben ventisette anni in mezzo a molti contrasti, anche da parte del suo stesso clero. Un certo prete Brizio arrivò persino a querelarlo; ma il vescovo lo perdonò dicendo: "Se Cristo sopportò Giuda perché io non dovrei sopportare Brizio?". Stremato dalle fatiche e dalle penitenze, pregava il Signore dicendo: " Se sono ancora necessario non mi rifiuto di soffrire, altrimenti venga la morte."

Morì a Candes e volle essere disteso sulla nuda terra, cosparso di cenere e cinto da un cilicio: era l'11 novembre del 397.  I suoi funerali furono celebrati alcuni giorni dopo per dare il tempo ai suoi monaci di arrivare: ne erano presenti circa duecento. Sepolto nella cattedrale di Tours, la sua fama si diffuse in tutta la Francia, dove è ancora invocato come primo patrono della nazione. La sua tomba è meta di continui pellegrinaggi da tutto il mondo. Nell'arte San Martino è raffigurato sul cavallo mentre taglia il suo mantello; in Francia, nelle chiese a lui dedicate, è rappresentato come vescovo che distribuisce elemosine ai poveri.