L'église est placée sous le patronage de saint Gervais (de Chalon), un diacre assassiné dans la forêt environnante, alors qu'il retournait dans son pays, la ville du Mans, au retour d'un pèlerinage à Rome. L'évêque de Chalon fit construire dès le VIIème siècle une chapelle sur le lieu de son supplice. L'église actuelle date du XIVème.

L' église Saint-Martial de Demigny a pris la place d’un tout petit sanctuaire des environs de l’an mil, ruiné par les guerres entre les rois de France et les ducs de Bourgogne et devenu trop petit pour un village de cette importance. Il était déjà dédié à saint Martial, missionnaire envoyé de Rome au IVe siècle pour évangéliser la région et devenu le premier évêque de Limoges. L’église actuelle a été édifiée entre 1460 et 1470, elle n’a ensuite subi aucune modification. Tout en conservant l’élégance gothique, les architectes de Demigny ont préféré créer une atmosphère recueillie en plaçant les voûtes moins haut et en ouvrant dans les murs latéraux des fenêtres de taille modeste. Comme dans plusieurs églises voisines, cette sobriété «cistercienne» révèle aussi l’influence de St Bernard, ennemi de tout luxe inutile dans les églises. L’église a été déclarée monument historique en 1946.