385 wurde durch Martin von Tours, der am römischen Kaiserhof Trier weilte, innerhalb der Villa suburbana eines römischen Prokonsuls eine Kirche zum Heiligen Kreuz gegründet. Es soll zu Wundertaten durch den Bischof von Tours gekommen sein. 585 wurde in Erinnerung daran und im Zuge der erstarkten Martinsverehrung hier außerhalb der römischen Stadtmauern ein Martinskloster gegründet. Bischof Magnericus ließ diese Maßnahmen durchführen und sich selbst in der Kirche bestatten. Trotz Ausgrabungen von 1943 und 1971 ist die Gestalt der frühen  Bauten des 4. und 6. Jahrhunderts nicht eindeutig geklärt. Der Gründungsbau dürfte ein Saal gewesen sein. Unbekannt ist auch, ob es Umbauten in karolingischer Zeit gegeben hat. Beim Normannenüberfall wurde das Kloster zerstört und ab 899 wiederaufgebaut. 941 kam eine Außenkrypta hinzu. Um 973 erfolgte wieder ein Neubau der Kirche sowie 1097. Der Bau des 11. Jahrhunderts blieb bis zum Abriss 1804 weitgehend bestehen. Es handelte sich um eine dreischiffige Basilika ohne Westtürme jedoch mit Chorflankentürmen. Von den Klostergebäuden sind noch Teile von 1626 erhalten.

En 385, Martin de Tours, qui séjournait à la cour impériale romaine de Trèves, fonda une église dédiée à la Sainte-Croix au sein de la villa suburbana d’un proconsul romain. L’évêque de Tours y aurait accompli des miracles. En 585, en souvenir de cet événement et dans le sillage du culte de saint Martin qui prenait de l’ampleur, un monastère dédié à saint Martin fut fondé ici, à l’extérieur des remparts de la ville romaine. L'évêque Magnericus fit réaliser ces travaux et se fit enterrer dans l'église. Malgré les fouilles menées en 1943 et 1971, la configuration des premiers édifices des IVe et VIe siècles n'est pas clairement établie. Le bâtiment d'origine était probablement une salle. On ignore également s'il y a eu des transformations à l'époque carolingienne. Le monastère fut détruit lors de l'incursion des Normands, puis reconstruit à partir de 899. En 941, une crypte extérieure vint s'y ajouter. Vers 973, l'église fut reconstruite, puis à nouveau en 1097. L'édifice du XIe siècle subsista en grande partie jusqu'à sa démolition en 1804. Il s'agissait d'une basilique à trois nefs, dépourvue de tours occidentales mais dotée de tours flanquant le choeur. Parmi les bâtiments du monastère, certaines parties datant de 1626 sont encore conservées.