Grabsteine belegen, dass es bereits im 5. oder 6. Jahrhundert eine christliche Gemeinde in Bingen gegeben hat. Wahrscheinlich in fränkischer Zeit wurde die Pfarrkirche dem heiligen Martin geweiht. Seit 1006 ist St. Martin auch als Stiftskirche belegt, an der zwölf Geistliche unter der Leitung eines Probstes ihren Dienst versahen. Von dem romanischen Kirchenbau zeugt nur noch die Krypta unter dem Chor und der Südwest-Turm. Nach dem
großen Stadtbrand von 1403 wurde zunächst das heutige Mittelschiff neu errichtet. Erst nachträglich entstanden die Seitenschiffe, deren nördliches jedoch bereits 1502-1505 durch eine doppelschiffige Halle mit Sterngewölbe ersetzt wurde. Dieser sog. Barbarabau war als eigentliche Pfarrkirche von den übrigen, den Stiftsherren vorbehaltenen Bauteilen getrennt.
1817/18 wurden Stiftsgebäude und Kreuzgang vor dem Westportal abgerissen: der heutige Vorplatz zum Naheufer hin entstand. 1885 fand eine behutsame Restaurierung der Kirche durch den Schöpfer der Rochuskapelle, Max Meckel, statt (Erbauung von Seitenkapellen und Sakristei; Maßwerkgalerien an den Türmen). 1930 von Papst Pius XI. zur Basilika erhoben, fiel die Kirche 1944 weitgehend dem Bombenkrieg zum Opfer.
Nach dem Wiederaufbau folgte eine umfassende Renovierung in den Jahren 1981 – 1988.
Am 1. April 1930 verlieh Papst Pius XI. St. Martin den Titel einer päpstlichen Basilika. Nach der Bombardierung 1944 stürzten das Gewölbe des Hauptschiffes und ein Teil des Hochaltars ein.
Heute erwartet die Besucher wieder ein Gotteshaus von besonderer Schönheit
