Die ursprünglich der Gottesmutter geweihte, jetzt als „Martinskapelle" bezeichnete mittelalterliche Kirche entstand in mehreren Bauphasen ab dem Ende des 13. Jahrhunderts als Nachfolgebau einer älteren, wahrscheinlich hölzernen Kirche.

Das im Ortskern gelegene, ortsbildprägende Gebäude, dessen teilweise erhaltene Kirchhofmauer noch auf die einstige Wehrfunktion der Kirche verweist, besteht aus vier Bauteilen, dem Turm, dem Chor, dem Langhaus und der Sakristei, die sich nach außen hin deutlich voneinander absetzen und auch in unterschiedlichen Zeiten entstanden sind.

Ältester Teil ist der in der Gebäudemitte liegende, annähernd quadratische, im Innern mit einem Kreuzgratgewölbe ausgestattete steinerne Turm. Der 16 Meter hohe, massive Turm, der mit vier steinernen Dreiecksgiebeln versehen ist, über denen sich einst ein achtseitiger schlanker Spitzhelm erhob, trägt seit 1613 einen dreigeschossigen, verschieferten Holzaufbau mit Spitzhelm. Er war wohl ursprünglich als Chorturm eines gleich breiten Schiffes errichtet worden und hatte möglicherweise eine Ostapsis. An deren Stelle errichtete man im 14. Jahrhundert den heutigen Chor. Dieser hat die gleiche Breite wie der Turm und besteht aus einem Rechteckjoch mit anschließendem Fünfachtelschluss. Sein von Spitzkonsolen getragenes, außen durch kräftige Strebepfeiler abgesichertes Rippengewölbe zeigt figural gestaltete Schlusssteine mit Kopfdarstellungen. Nur zwei Fenster, eines im Osten und eines im Süden, belichten den Chorraum. Beide sind zweiteilig und mit einem übereck gestellten Vierpass versehen. In der unterhalb der Fenster anschließenden Sockelzone befinden sich drei spitzbogige Wandnischen. Die an der Nordwand gelegene Nische wird von einer schmalen, spitzbogigen Tür durchschnitten, die in die Sakristei führt. Diese entstand im 15. Jahrhundert als eine an die Nordwand des Chores angebaute Erweiterung, hat einen rechteckigen Grundriss und wird von einem spitz zulaufenden Tonnengewölbe überfangen. Rechts neben der Tür findet sich eine teilweise zerstörte, reich verzierte spätgotische (Ende 15. Jahrhundert) Sakramentsnische. Sie besteht aus einem vorstehenden, reich profilierten Rahmen, der für die Aufnahme der Monstranz bestimmt war. Als Sockel dient ein dreifach gegliederter, oben von Wappentafeln flankierter Halbpfosten, der in einen vierfach gestaffelten, fünfeckigen Fuß ausläuft. Den oberen Abschluss bildet ein teilweise abgeschlagener, aber den Umrissen nach noch erkennbarer Wimperg und ein von zwei Miniaturköpfchen flankierter Männerkopf, dessen plastisch ausgearbeitete Hände über eine gemalte Teppichstange greifen.

Das im 15. Jahrhundert errichtete, mit einem West- und einem Südportal, beide spitzbogig, einem spätgotischen, zweiteiligen Fenster in der Südseite und mehreren kleineren Fenstern ausgestattete Langhaus ist deutlich breiter als der Turm und bindet asymmetrisch an diesen an. Es hat eine Flachdecke mit Unterzug, der von drei Holzstützen getragen wird. Diese bestehen aus einem runden, von je vier Vorlagen begleiteten Kern und sind mit je zwei Bügen versehen. Die dreiseitigen Emporen, laut Inschrift von Zimmermann Hans Krauskop gefertigt, entstanden 1592, die zugehörigen Brüstungsmalereien erst nach 1700. Sie zeigen drei Darstellungen aus dem Alten Testament, Szenen aus der Leidensgeschichte Christi sowie Christus und die zwölf Apostel.

Besondere Bedeutung für das Innere der Kirche haben auch die zu unterschiedlichen Zeiten entstandenen Wandmalereien. So hat sich im Chor die ursprüngliche Ausmalung mit rotliniger Quaderung, Rankenfries und aufgemalten Maßwerkfenstern vollständig erhalten. Auf der Nordwand im Turm findet sich weiterhin eine vielfigurige Kreuzigungsdarstellung aus der 1. Hälfte des 15. Jahrhunderts, an der Südwand die Darstellung Martin Luthers mit Schwan und der Jahreszahl 1749. Ferner sind auf der Nordwand des Schiffes die Reste einer Christophorusdarstellung (um 1500) zu vermerken sowie das um 1700 entstandene Deckenfeld mit Posaunenengeln, Sonne, Mond und Sternen. Weitere Ausstattungsdetails sind die Kanzel von 1617, der aus dem 3. Viertel des 18. Jahrhunderts stammende Orgelprospekt, das spätgotische hölzerne Altarkruzifix, die beiden Marmorepitaphien von 1694 und 1737 im Turmraum, die Glocken von 1452 und 1455 sowie das spätromanische, mit einem Rundbogenfries ausgestattete Taufbecken aus Lungstein.

Als sicher wichtigstes und wertvollstes Ausstattungsdetail ist der früher im Chor aufgestellte Marienaltar („Heuchelheimer Altar") zu bezeichnen. Es handelt sich um einen spätgotischen, wohl gegen 1500 zu datierenden Flügelaltar. Sein fünffach unterteilter Mittelschrein ist mit Holzschnitzereien versehen, die Szenen aus dem Marienleben widergeben. Im Mittelfeld ist Maria mit dem Kind auf der Mondsichel dargestellt. Sie wird von quadratisch gefassten, kleinteiligen Darstellungen (Verkündigung, Geburt, Anbetung und Tod Mariens) flankiert. Die gemalten Flügel zeigen innen großfigurige, paarweise angeordnete weibliche Heiligenfiguren, links die Heiligen Katharina und Margarete, rechts die Heiligen Barbara und Elisabeth. Auf den Außenseiten ist links die Kreuzigung, rechts der reitende hl. Martin mit dem Bettler zu sehen.

Die als Wahrzeichen Heuchelheims geltende, weithin sichtbare Kirche, deren Silhouettenwirkung nach Süden hin durch den modernen Kirchenbau eingeschränkt wird, ist wegen ihrer wertvollen Innenausstattung sowie aus künstlerischen, geschichtlichen und städtebaulichen Gründen Kulturdenkmal.