Obiekt ten jest najstarszym zabytkiem w gminie Kłomnice. Pierwotny kościół, wybudowany z drewna w połowie XIV w., ufundowany został przez rodzinę miejscowych dziedziców - Kłomnickich. Przebudowano go w 1521 r. Dotrwał do początków XVIII w., kiedy to popadł w ruinę. W 1728 r. budowę murowanego kościoła sfinansowała Joanna z Brzostowskich Leszczyńska, wojewodzina kaliska, ówczesna właścicielka miejscowych dóbr, jednak świątynia spłonęła w 1764 r. Na jej miejscu wzniesiono tymczasową kaplicę.
Obecny kościół powstał w latach 1779-1789 z fundacji właściciela wsi Andrzeja Załuskiego, jego żony Marii i siostry Hilarii de Riviere. W 1791 r. biskup Michał Kościesza-Kosmowski, opat klasztoru kanoników regularnych w Trzemesznie, konsekrował świątynię pod wezwaniem św. Marcina. W 1918 r. ówczesny proboszcz ks. Roman Kossowski dobudował do nowego kościoła prostokątne prezbiterium i dwie boczne kaplice. Podczas II wojny światowej kościół mocno ucierpiał - hitlerowcy zrabowali wiele cennych przedmiotów. W 1946 r. ludność z wielkim zapałem przystąpiła do naprawy zniszczeń.