L'église, placée sous le vocable de Saint Denis a connu trois étapes de construction :
- le clocher, l'abside et la travée sous clocher de style roman constituent les parties les plus anciennes, du début du XIe au début du XIIIe.
- la nef, avec sa voûte en berceau brisé, est d’époque gothique.
- au XIXe siècle, on décide la construction de la sacristie (1821) et l'adjonction de bas-côtés (1845-1846).
L’église néo-gothique de Saint-Martin-Belleroche a été construite, selon les plans de l’architecte départemental Dominique, entre 1864 et 1867, plus au nord que l’ancienne église romane. Cette ancienne église paroissiale, inscrite à l’I.S. en 1942, dépourvue de sa nef au XIXe siècle, a ainsi fait place à une nouvelle église, mais a conservé son chœur roman du XIIe siècle à deux travées, un chevet à bandes lombardes et un beau clocher à baies géminées et arcatures, servant de beffroi à l'édifice du XIXe tout proche.