Die Kirche von Martinhagen befindet sich zusammen mit dem Martinstein am höchsten Punkt der Ortschaft und ist weithin sichtbar. Die Kirche stellt sich als rechteckige Saalanlage mit quadratischem Westturm dar. Der Saalbau zeigt ein Bruchsteinmauerwerk aus Sandstein, wobei die Gebäudekanten mit einem Quadermauerwerk eingefasst sind. Den Abschluss des Baukörpers bildet ein Walmdach. Der Eingang in den barocken Kirchenbau befand sich ursprünglich mittig auf der südlichen Längswand. Er ist heute vermauert, erhalten ist allerdings das Stichbogenportal mit der Datierung 1767. Auf der gegenüberliegenden Nordseite befand sich ein zweiter Eingang, der ebenfalls zugemauert wurde. Die beiden ehemaligen Eingänge werden jeweils von zwei Stichbogenfenstern mit Werksteinfassung und Schlussstein flankiert. Wesentlich älter als die Saalanlage ist der gotische Wehrturm. Es ist jedoch fast nichts über den mittelalterlichen Vorgängerbau bekannt. 1521 wird er als Nikolai-Kirche bezeichnet. Am Turmfuß befindet sich ein nach Süden gerichteter Schrägsockel, der bis zu der Traufe des Kirchensaals hinaufreicht. Neben der Sockelschräge ist nach Südwesten ein Eckstrebepfeiler angeordnet. In den oberen Geschossen sind nach allen Seiten schmale Schießscharten gerichtet. 1736 wurde die Turmhaube errichtet. Zwei Wasserspeier aus Sandstein an der Nord- und Südseite und vorkragende Auflagesteine im oberen Turmteil zeigen, dass ursprünglich eine Plattform den oberen Abschluss bildete. Sie befand sich ca. 1,5 m unterhalb der jetzigen Mauerkrone. Die barocke Kirche ist größer als der alte Kirchenbau und daher zum Teil auf ehemaligen Gräbern auf dem Kirchhof erbaut worden. 1959-61 wurden im Kircheninneren die alten Emporen entfernt sowie die Orgel und Kanzel versetzt. Erhalten haben sich der steinerne Altar, dessen Mensa auf einer balusterartigen Mittelstütze ruht, und der Orgelprospekt aus dem 18. Jahrhundert.

Die Kirche ist Kulturdenkmal aufgrund ihrer städtebaulichen, künstlerischen und geschichtlichen Bedeutung als barocke Saalkirche mit einem weithin sichtbaren, gotischen Turm, der Bestandteil einer mittelalterlichen Wehrkirche war.