El lloc de “Palacio frugelli” és esmentat en el document de l’any 988 a què hem alludit amb referència a Mont-ras i en el testament del comte Borrell II de l’any 991 (o 992), pel qual llegà al monestir de Sant Pere de Galligants un alou en aquest lloc, que abans havia posseït el vescomte Énnec. L’església de “Sancti Martini de Palafrugell” apareix en el conveni establert entre Ramon Berenguer I i Bernat Tedmar (o Xetmar). L’any 1058 la comtessa Ermessenda restituí al bisbe de Girona, entre d’altres, l’església de “sancti Martini de Palatii furgelli”.
L’església també surt esmentada en altres documents dels anys 1133, 1151, 1192 i 1196. Un document del 17 d’abril de 1790 signat pel notari local i escrivà reial Joaquim Vergonyós afirma que la construcció de l’església és de l’any 1519, data, segurament, de la consagració. No s’acabà, però, fins molt més tard, ja que el sector de ponent, amb la façana i el campanar (inacabat), és dels segles XVII i XVIII, com també altres estructures com la sagristia i les capelles del costat de migdia. L’any 1936 desaparegué el notable mobiliari, del qual cal destacar sobretot el retaule major barroc, obra de Pau Costa, que havia estat començat l’any 1664 i s’havia acabat de daurar el 1784. Hi ha documentat un retaule gòtic, pintat sobre fusta, obra de Lluís Borrassà, a qui fou contractat l’any 1413.