La primera menció de l’església de Sant Martí de Polinyà, avui desapareguda, consta en un regest del segle XVII d’un document perdut amb data de 26 d’agost del 1145, corresponent al testament de Jaume de Palomar, que li féu algunes deixes. Posteriorment, també és esmentada el 10 d’abril del 1206 com a pertanyent a Arnau de Riu-sec, que la tenia en feu pel monestir de Sant Cugat. Així mateix, el 1233, la tingué com a feudatari del monestir vallesà el fill d’aquell. Bernat de Riu-sec, i també l’hereu d’aquest, Berenguer de Riu-sec, el 1242.
Més endavant, i amb la doble titularitat de Sant Antoni i Sant Martí, la trobem esmentada l’any 1537, en una visita pastoral en la qual s’ordena que es repari, atès el molt mal estat en què es trobava.