Aquesta església parroquial centra el poble de Lliri, que s’alça a 1 325 m d’altitud, als vessants meridionals d’una sèrie de cims (Pic Gallinero, 2 728 m) que el separen de la vall de Castanesa. L’esment més reculat de l’església de Sant Martí és de l’any 1170, en què el bisbe Guillem Pere de Lleida-Roda concedí a la canònica de Sant Vicenç de Roda les quartes episcopals dels delmes, les primícies i les defuncions que tenia a la parròquia de Lliri, una part de les quals, la referent als corders, al blat i a la mixtura, corresponia a la col·lecta de l’almoineria. La rectoria de Lliri era generalment arrendada pel prior de Roda a un clergue de la vila. Així consta l’any 1538. El 1571 la parròquia va ésser integrada al bisbat de Barbastre, L’edifici va ésser molt reformat al segle XVII, tot i que conserva algun element de tradició romànica, com un crucifix en relleu vora la porta d’entrada.