En 381, un évêché fut fondé dans le Forum Claudii romain, mais il fut transféré à Sion dès 585 (obj-129). Le bâtiment de fondation a été construit sur des vestiges romains et était une salle étroite avec une abside en fer à cheval, comparable à la cathédrale de Genève (obj-127). Au 5e siècle encore, la salle fut considérablement élargie. Après le transfert de l'évêché en 585 et l'installation d'un monastère de Saint-Martin, une nouvelle construction fut réalisée sous la forme d'une large salle avec une abside enveloppée. Au 12ème siècle, une transformation en trois nefs a suivi, prévue avec trois absides, mais seules deux d'entre elles ont été réalisées. En 1670-1687, un bâtiment à trois nefs, plus grand et tourné, avec un chour à l'ouest, a été construit à l'emplacement de l'église, qui existe encore à l'ouest après des modifications au 19e siècle. Au sud-est de l'église se trouvait un baptistère datant probablement du 4ème siècle (obj-800).