Martinkyrkan är ett stadsbildligt exempel på en högklassig 1930-talsnysaklig klassicism. Kyrkan är byggd av tegel och klättrad av ljust tegel för terrängens former på östra stranden av Aura älv. På altarsidan av huvudaxeln finns ett smalare och lägre grundhus och på den södra långa sidan en sakristia.
Bredvid huvudingången reser sig ett likändigt klocktorn av campaniletyp som ansluter sig till stomrummet med en trappbyggnad. Ett basilikahögt huvudfartyg med smala korridorer i kyrkan har ett svagt sadeltak. Kyrksalens huvudskepp består av ett tvärgående "fälgar" markerat, starkt format betongfatvalv som stöds av stödpelare som penetreras av smala sidoskepps gångöppningar.
En stor monumental målning som föreställer Kristus på korset och består av konstnärerna Einar Vehmas och Karl Ingelius. Till kyrkan går man från två håll, en stenig väg kantad av trädplanteringar och en stentrappa från Auraflodens sida. Martins församlingshus bredvid kyrkan är ritat av arkitekt Albert Richardtson. På andra sidan tempelgatan finns arkitekten Aulis Blomstedts Invalidhus med balkonger som öppnas för kyrkan från 1951.