Malgrat l’abundant documentació que es conserva relativa al castell i vila de Talarn des del segle XI, la documentació referent a la seva església és escassa i tardana. La primera referència sobre la parròquia de Talarn és del 1080, quan el comte Ramon V encomanà a Oliver Bernat, feudatari de Guillem Folch, el castell de Talarn, la meitat de la parròquia i les esplugues de Susterris, i a Sunyer Ramon el mateix castell i la vuitena part de la parròquia.
Pels volts del 1526 obtenia la vicaria perpètua de la vila de Talarn Joan Farrer, i era inclosa dins de l’oficialat de Tremp. L’any 1639 s’inicià la reconstrucció de l’església de Sant Martí. El 1748 el mestre Josep Boscà de Seringena hi construí l’orgue barroc conservat en l’actualitat.