Nejstarší zachované části – presbyterium se středověkou freskou – svědčí o vzniku během vlády Václava I. v průběhu let 1230–1253. První písemná zmínka o stavbě se datuje rokem 1373; původní zasvěcení není zaznamenáno.

V 14. a 15. století se kostel stává součástí opevněného areálu místního feudála. Jižně od něj byla zřízena věžovitá tvrz, kterou během 15. století rozšířili o křídla a obranné zdi. V té době se do Tlumačova dostane vliv husitství – roku 1419 se místní fara stala husitskou pod vlivem moravských šlechticů.

Mezi lety 1495–1527 stavba ztrácí vojenský účel – věž je snížena a je přistavěno nové palácové křídlo. Roku 1585 staví Šimon Vlach z Kroměříže na západní straně renesanční věž. Spolu s touto přístavbou se transformuje celý chrám: rozšiřují se okna, severně od presbytáře vzniká nová sakristie, pod presbytářem se vytváří krypta. Vstupní vchod se přesouvá do věže, kde jej zdobí renesanční pískovcový portál s rostlinným reliéfem. Věž je později upravena barokně spolu s kostelem.

Třicetiletá válka přinesla zkázu. V letech 1620–1621 je Tlumačov vydrancován polskými vojáky a místní fara zaniká. V roce 1659 se chrám zasvěcuje sv. Martinovi z Tours a ze Sabarie. Po požáru v roce 1691 pokračují opravy až do roku 1713, kdy je odlit zvon sv. Martina.

Následující století přináší obnovu. Roku 1755 je fara znovu založena a zahájeny jsou rozsáhlé opravy, které trvají do roku 1759. Roku 1776 se do věže instalují hodiny.

Novější dějiny jsou opět poznamenány ohněm – roku 1802 požár poškozuje střechu. Roku 1852 se pořizují varhany a obrazy bočních oltářů. V roce 1862 farář Steiniger přivezl ostatky sv. Martina a uložil je do oltáře; dnes se nacházejí na tlumačovské faře. Celkové restaurace proběhly v roce 1967–1968, kdy byly odstraněny okenní šambrány v presbytáři i lodi, a nejnověji roku 2017, kdy byla rekonstruována vnější fasáda.

Architektonicky jde o jednolodní stavbu se čtvercovým presbytářem orientovaným na východ. Na západní straně se zvedá 18 metrů vysoká věž na čtyři podlaží. Fasáda je bílá s hnědočerveným polychromním nátěrem vytvářejícím vizuální efekty. K severní straně presbytáře přiléhá sakristie.

Návštěva chrámu otevírá pohled do základních vrstev české duchovní a světské historie. Zbytky středověké výzdoby presbytáře, renesanční věž s originálním portálem a přítomnost ostatků sv. Martina činí z Tlumačova místo zásadního kulturního a duchovního významu.