Située à l'intérieur des murs d'enceinte de la ville médiévale, près de la porte Barnicou, l'église Saint-Martin a été, jusqu'à la Révolution, l'église paroissiale de Souillac. Un cimetière s'étendait autrefois à l'est et au sud de l'église.
De l'église romane sur laquelle on ne possède aucun renseignement, il ne subsiste que le fragment d'un tympan du milieu du 12e siècle, remployé à l'entrée occidentale de l'église. Il représente le Christ en majesté entre la Vierge et un moine, probablement saint Martin. Des deux anges qui encadraient ces personnages, un seul a été conservé. L'ensemble est fortement marqué par le style du tympan de la cathédrale de Cahors.
L'église actuelle, reconstruite à la fin du 15e et au début du 16e siècle, remaniée au 17e siècle, possède une nef unique voûtée d'ogives et un transept saillant, ainsi qu'un clocher-porche à l'ouest. Ce haut clocher, utilisé comme élément de défense à l'instar de celui de Martel, a subi de graves dommages pendant les guerres de Religion comme en témoignent ses pans de mur ruinés.
De 1829 à 1985, l'église a été aménagée en mairie, salle de spectacle et caserne des pompiers. Le clocher-porche est alors utilisé comme beffroi tandis qu'à l'est l'abside est remplacée par un large bâtiment dont la façade est tournée vers le boulevard, axe principal de la ville moderne. Ce bâtiment a été transformé après 1985 pour servir d'office de tourisme.
