Lielākā Pārdaugavas iedzīvotāju daļa piederēja luterāņu konfesijai. Daugavas kreisajā krastā pie pārceltuvēm veidojās pirmie ciemi, taču savas baznīcas Pārdaugavas iedzīvotājiem nebija.
Daugavas salās un piekrastes ciemos dzīvojošie latvieši piederēja pie Rīgas mūros esošās latviešu Jāņa baznīcas draudzes, taču dievnama attālums, sarežģītā satiksme pār Daugavu pavasaros un rudeņos, kā arī iedzīvotāju skaita pieaugums 18. gadsimtā rosināja domāt par jauna dievnama celtniecību Pārdaugavā. Tomēr tikai 1845. gadā, kad Āgenskalnā bija uzceltas jau daudzas bagāto pilsoņu ārpilsētas mājas, jautājums par draudzes dibināšanu tika izlemts pozitīvi.
Lielās ģildes sapulce 1846. gada 18. februārī nolēma atvēlēt līdzekļus koka baznīcas celšanai Āgenskalnā. Tā kā sapulce notika Mārtiņa Lutera 300. nāves gadadienā, baznīcai deva Mārtiņa vārdu. Savāktie līdzekļi bija pietiekami lieli, lai varētu atļauties mūra baznīcu.
Dievnama projektu 1851. gada 15. maijā izstrādāja pilsētas arhitekts J. D. Felsko. Mārtiņa baznīcas pamatakmens tika guldīts zemes gabalā, kuru bija dāvinājis Švarcmuižas īpašnieks Dr. S. Švarcs.
Baznīcas būvdarbus septiņpadsmit mēnešos veica mūrniekmeistari: Krīgers, Šteinerts un Kruts. 1852. gada 26. oktobrī baznīcu svinīgi iesvētīja. Paralēli būvdarbiem abās pusēs jaunceltnei iestādīja Holandes liepu alejas. Baznīcai izvēlētā vieta atradās Āgenskalnā, Jāņa baznīcas kapsētas tuvumā pie Daugavgrīvas ielas, ar mežu apaugušā uzkalnā.
Mārtiņa baznīcas ēka bija zāles tipa baznīca ar eklektiskās romāņu arhitektūras formās veidotām sarkanām ķieģeļu fasādēm, vienu torni, iebūvētām luktām un balkonu.
No 1887. līdz 1888. gadam celtni pārbūvēja pēc akadēmiķa H. Šēla projekta. Nojauca nelielo veco torni un ēkai Slokas ielas pusē piebūvēja plašu priekštelpu ar diviem torņiem katrā pusē. Altāra galā izveidoja jaunu pusapaļu apsīdu. Paplašināja arī baznīcas draudzes telpu līdz 1200 sēdvietām.
