L’édifice constituait à l’époque médiévale la première église paroissiale de Casteil, certainement construite peu de temps après l’abbaye de Saint-Martin-du-Canigou. Il se trouve à l’emplacement du château primitif de Vernet, dit « Castrum Sancti Martini » en 937, dont il est possible de voir encore quelques traces.

Selon certains témoignages, l’édifice aurait servi de chapelle funéraire pour les moines de l’abbaye, qui ne disposaient pas de place pour enterrer leurs morts. De plus, les fouilles archéologiques entreprises en 1977, ont révélé la présence de nombreux ossements [DE CHABANNES, 1975, p. 39]. Ceux-ci ont été regroupés à l’entrée de l’église, comme l’atteste une croix en bois gravée de l’inscription « Ossuaire ».

L’église est appelée Saint-Martin-le-Vieux depuis son abandon au 17e siècle, au profit de l’église Saint-Martin bâtie dans le village [BASSEDA, Revue Terra Nostra, 1990, p.p. 372 et 669]. Une carte postale probablement datée de la première moitié du 20e siècle, permet de visualiser l’état de ruine dans lequel se trouvait l’église. Il subsiste alors en partie basse deux arcs en plein cintre, au niveau d’un mur maçonné en pierres équarries, disposées par endroit en opus spicatum. Aussi, les deux premiers niveaux du clocher sont encore debout.

L’ensemble a été reconstruit entre les années 1977 et 1979, sur les plans de Monsieur Vernet, architecte départemental des Monuments Historiques [DE CHABANNES, 1975, p.p. 39-40]. Dans un premier temps, les travaux ont consisté à désencombrer l’église (1977), avec l’aide d’une équipe de jeunes gens bénévoles. L’intervention de l’entreprise Py spécialisée dans les monuments historiques, a permis de reprendre la nef ainsi que le clocher en 1978. De plus, les deux corps annexes ainsi que la toiture ont été restaurées en 1977. Le portail réalisé par un artisan ferronnier de Perpignan du nom de M. Delpech, a été placé à l’entrée de l’église le 19 Mars 1980, soit un an après l’inauguration officielle de l’église le 10 Novembre 1979 [Information recueillie sur la signalétique du site].