A Santa foi submetida a muitos tormentos e finalmente decapitada em Roma, sob ordem do imperador Alexandre (Severo 222-235).

Segundo alguns, existia em Roma uma capela consagrada a Santa Martina, à qual os peregrinos visitavam com grande devoção, no século VII. Suas relíquias foram descobertas em uma abóbada em ruínas de sua antiga igreja e que, em 1634, foram transferidas para a nova igreja que o Papa Urbano VIII havia construído em sua honra. Foram compostos hinos de Santa Martina para o breviário, e diz-se que a cidade de Roma a considera uma de suas padroeiras particulares.

Apesar destas afirmações, a existência histórica de Santa Martina é duvidosa. Os documentos mais antigos dizem que foi martirizada em Roma, mas não há nenhuma tradição primitiva que mencione esse fato.