La chiesa è dedicata a Martina, martirizzata nel 228 d.C durante il regno dell'Imperatore Alessandro Severo e a Luca in quanto protettore dell'Accademia del Disegno che divenne la proprietaria del monumento nel 1588 su concessione di Sisto V. Nel 625 il pontefice Onorio I commissionò la costruzione della chiesa che venne restaurata la prima volta nel 1256 durante il pontificato di Alessandro IV e successivamente nel 1635-64 da Ottaviano Mascherino e Pietro Da Cortona su incarico del Cardinale Francesco Barberini.
La facciata è su due ordini, serrata fra semicolonne e pilastri binati. L'interno è distribuito a croce greca scandito da colonne e pilastri con absidi semiellittiche. Nei pennacchi della cupola simboli degli evangelisti dipinti da Filippo Della Valle, Camillo Rusconi e Giovan Battista Maini.
A destra dell'ingresso i monumenti funebri di Carlo Pio Balestra scolpito da Tommaso Righi [1776] e di Giovanna Garzoni realizzato da Mattia De Rossi. In sagrestia 'Estasi di S.Francesco' dipinto da Tommaso Salini, nel braccio destro 'Martirio di S.Lazzaro' di Lazzaro Baldi, qui sepolto. All'altare maggiore 'S.Luca in atto di dipingere la Madonna' di Antiveduto Grammatica dall'originale di Raffaello situato all'Accademia di San Luca. Nel braccio sinistro 'Assunta e San Sebastiano' di Sebastiano Conca, lungo la navata lastra tombale di Pietro Da Cortona. La chiesa inferiore è raggiungibile dalla sinistra dell'altare maggiore. Al centro del vano ottagonale si trova l' Altare di San Martina realizzato da Giovanni Artusi detto il Pescina su disegno del Da Cortona
