Le site du Vieux-Cimetière à Arlon contient les vestiges de l’ancienne église Saint-Martin disparue depuis le milieu du XVIe siècle. Le cimetière qui l’entourait n’a été désaffecté qu’au milieu du XIXe siècle. En 1936, Jacques Breuer, conservateur des Musées Royaux d’Art et d’Histoire, entreprend la première campagne de recherche archéologique scientifique à Arlon. Son objectif principal est de déterminer avec
précision le tracé de l’enceinte antique. Néanmoins, le site du Vieux-Cimetière retient également son attention. La présence de vestiges gallo-romains y est avérée depuis 1907. L’ emplacement de l’église primitive hors les murs est un indice d’ancienneté de l’édifice. Les choeurs des différents sanctuaires sont dégagés. Outre les murs des phases successives de construction, plusieurs tombes richement dotées en mobilier mérovingien sont misent au jour.
Ces découvertes exceptionnelles sont à l’origine d’une seconde campagne de recherches en 1938. Le bâtiment primitif consiste en une grande salle rectangulaire dont le sol est aménagé au moyen d’un béton de tuileau. Une couche charbonneuse contenant des débris de tuiles, découverte à l’intérieur de l’édifice, témoigne de l’incendie de ce bâtiment dans le courant du Ve siècle. Les ruines réaménagées sont ensuite utilisées comme lieu de sépulture aux VIe et VIIe siècles. Plusieurs tombes prennent appuis contre les murs du bâtiment et percent le niveau de sol gallo-romain, ce qui prouve qu’elles ont été établies dans une construction préexistante. Cet édifice funéraire reçoit alors un choeur qui est la marque incontestable de sa christianisation.