L'église Notre-Dame de Martinvast date du XIIème siècle et elle est classée monument historique depuis le 4 avril 1906.
Elle est d’architecture romane, à l’exception de la tour du clocher construite au début du XVIIIème, à l’extrémité ouest, ainsi qu’une chapelle gothique datant de 1650 au nord du cœur. L’abside est semi circulaire.
On trouve des modillons grotesques tout alentour, excepté sur la chapelle et le clocher. Les contreforts, plats, sont peu courants (on les retrouve également à Sortosville), et la voûte est plus élevée que dans l’architecture romane habituelle.
Vers 1852, la Comtesse Dumoncel offrit la construction d’une chapelle. Les bombardements de 1944 n’endommagèrent pas trop les parties plus anciennes mais détruisirent la chapelle.
En 1951, l’architecte des Monuments Historiques fit le constat des dégâts et évalua les travaux. Rénovation et reconstruction purent commencer, avec cependant des interruptions, ce qui priva les fidèles d’église jusqu’en 1961.
Elle est aujourd'hui rattachée à la paroisse Sainte-Bernadette du doyenné de Cherbourg-Hague.
Un tableau (L'Enfant Jésus adoré par la Vierge), une Vierge à l'enfant et des bas-reliefs sont également classés à titre d'objet.
Vierge assise à l'enfant
Classée monument historique le 13 avril 1905, c’est une statue en pierre calcaire, anciennement polychrome. On peut apercevoir des traces de rouge sur la robe de la Vierge, la tunique de l’enfant, et du bleu sur le manteau. Sa hauteur est de 1.30 m.
Des restaurations ont été effectuées au niveau de la main droite et au niveau du cou de la Vierge. Le bouquet qu’elle tient à la main n’est pas d’origine.
Les vierges assises figurant l’Enfant Jésus debout sur le genou gauche sont rares en Basse Normandie (quatre seulement). Celle de Martinvast, datant du XIVème est la plus ancienne. Les trois autres, situées à Barenton, Chanteloup et à l'abbaye d'Hambye, datent des années 1400. Très répandu en Italie, ce type marial remonte aux années 1200.