Gedurende duizend jaar bevond de Sint-Maartenskerk zich buiten de stadsmuren (rue des Thermes romains). In 1558 werd de cultus overgebracht naar de kerk van het hospitaal in de huidige Grand’rue( vroeger rue Basse). Deze kerk werd door brand verwoest in 1660 en heropgebouwd in 1681 tijdens de bezetting van Luxemburg door de troepen van Lodewijk XIV. Een eeuw later (in 1785) gaat het dak en de klokkentoren van deze kerk in de vlammen op; de klokken smolten ter plaatse van de hitte. In de 19de eeuw wordt de toren verhoogd en de klokkentoren hersteld. De kerk raakt echter langzaam in verval. De bouw van een nieuwe Sint-Maartenskerk bespoedigt de afbraak van die kerk in 1935. Het portaal wordt aan de voet van de Sint Donatuskerk gereconstrueerd.