El lloc de Sant Martí de Surroca apareix documentat per primera vegada en l'any 913. No apareixen notícies del temple fins l'any 1090. Es creu que va ser construït molt abans, ja que en l'any 1104 fou necessari reconstruir-lo. El  nou temple va ser consagrat pel bisbe Arnau de Malla. Es creu que depenia del monestir de Sant Joan de les Abadesses, però no hi ha documents fiables que corroborin aquesta teoria.

En el segle XV es van haver de fer importants obres de consolidació. Posteriorment, en el segle XVI es va afegir un ampli cos a mode de torre de campanar als peus de la nau. 

En aquell moment es van fer algunes obres d'acondicionament, com una nova pavimentació de la nau i un repàs a la volta.

El temple té una sola nau coberta amb una volta de canó i acabada en un absis semicircular. Exteriorment està decorat amb fris d'arcs cecs i lesenes, que no presenten una distribució regular respecte a l'eix de l'absis. En el centre del tambor absidal s'obre una petita finestra de mig punt i doble esqueixada.

La porta d'accés es troba en el mur sud i va ser modificada posteriorment. Està formada per un arc de mig punt fet amb grans dovelles, protegit per un senzill guardapols.