L’église du XIe siècle comportait un prieuré et une église sur crypte. L’assise de la nef détruite par les Anglais est encore visible entre deux arches d’accès et la porte d’entrée. Elle était rythmée par quatre arcs en plein cintre, dont un est intégré au-dessus de la porte d’entrée actuelle.
La partie ouest sous la voûte est du XIIe siècle.
La partie est sous toiture et la crypte datent du XIe siècle.
844, les Normands pénètrent dans le Pertuis d’Antioche, ravagent l’île d’Aix, égorgent les habitants et brûlent un prieuré bénédictin au lieu-dit Les Ormeaux, l’île reste déserte pendant presque deux siècles.
1067, l’île est donnée par Isambert de Châtelaillon aux moines de Cluny pour y construire un nouveau prieuré dédié à Saint-Martin. Son influence sera considérable dans la région. Il est bâti à l’emplacement de l’église actuelle. Autour du monastère se développe le village.
1089, à la mort d’Isambert inhumé à Aix, son fils Eble reprend l’île. Il ne la rendra aux moines que 7 ans plus tard, excommunié et sous la contrainte de son suzerain le duc Guillaume d’Aquitaine.
1757, les premières fortifications non achevées faute d’argent, sont détruites en un instant par l’attaque anglaise du 21 septembre. 150 navires anglais et 11300 hommes attaquent l’île. 4000 soldats débarquent, font sauter le donjon, pillent le village, détruisent le clocher et volent la cloche.
1880, les travaux entrepris aux batteries de Tridoux et Jamblet mettent à jour les ossements des prêtres réfractaires. Ils sont noyés dans les remblais jusqu’à ce que le maire ordonne de les recueillir et de les transférer dans la crypte de l’église.
1970-1971, des travaux de restauration sont engagés pour retrouver le niveau du sol d’origine. Les ossements des prêtres réfractaires sont alors regroupés sous le maître autel. Deux prêtres sont béatifiés par Jean Paul II en 1995