Los primeros datos que se poseen sobre la existencia de un monasterio y una iglesia en San Martiño de Lalín los aporta una escritura de fundación y dotación del 4 de mayo de 1019, realizada por Adosinda Gundesteiz, hija de Gudesteo y Ledegundia, bisnieta de los Condes de Deza, Gonzalo y Teresa. El monasterio y la iglesia desaparecieron muy pronto, se sabe que aún existían en el año 1239, según un documento de permuta de bienes que hizo la abadesa del Monasterio de San Martiño,de una heredad que tenía en la feligresía de San Pelayo de Refoxos, con el abad del Monasterio de Acibeiro, por otras heredades cedidas en San Miguel de Goiás, además de una casa y el derecho de caritel, que tenían en la misma parroquia. De esta antigua iglesia monacal prerrománica, nada queda, la actual es la que sustituyó a la mencionada en el testamento de Adosinda, fue levantada sobre el solar que ocupó la primitiva, aprovechando en su construcción algunos materiales de la iglesia.
La iglesia de San Martiño de Lalín es una iglesia románica de finales del siglo XII o principios del XIII, influenciada por la sencillez estilística de la orden cisterciense. Es de planta rectangular de una sola nave y un ábside, al que se adosó en época moderna una sacristía en el lado norte. Tiene tres puertas, la occidental es la principal y dos en cada uno de los muros laterales. Los muros están construidos con sillería granítica y los sillares se colocan en hileras regulares de altura variable, siendo los de la parte inferior los de mayores dimensiones. En los sillares de las paredes, sobre todo en la sur, se conserva un gran número de letras o signos de canteros en diferentes posiciones.
La puerta del muro norte tiene un tímpano semicircular completamente liso, los sillares sobre los que se apoya están decorados, el derecho con un corte en forma de proa de barco y el izquierdo con una flor con cuatro pétalos y un gran botón central curvo. En la parte media del muro hay cuatro ménsulas o pequeños sobresalientes que indican que la puerta originariamente estuvo cubierta por un pórtico de madera, estructura que aparece en las iglesias gallegas, que se utilizaba para cubrir un espacio donde se reunían los feligreses; sobre ellas se abren dos estrechas saeteras o finas aberturas verticales rematadas en arco de medio punto. El muro está rematado por un alero sostenido por canecillos que presentan motivos variados, desde una cabeza humana muy tosca a motivos geométricos, pasando por flores y hojas muy estilizadas.
El muro sur, descansa sobre un doble zócalo que actúa como basamento del templo y que salva el desnivel del terreno. La puerta está modificada y no conserva ningún rasgo románico ni en el exterior ni en el interior. En la parte alta del muro hay dos saeteras o finas aberturas y sobre ellas una pequeña ventana rectangular que se abrió en época moderna. Los canecillos que sostienen el alero del muro son mayoritariamente en proa y escasos los de formas geométricas y vegetales.
La fachada principal, presenta dos niveles, el inferior tiene una portada central y el superior termina en una sencilla espadaña de un único hueco donde está la campana, separados ambos niveles por una moldura cóncava, situada sobre la arquivolta de la portada y que se interrumpe poco antes de los extremos de la fachada.
La puerta es abocinada y es interesante por su primitivismo y su austeridad ornamental, está formada por una doble arquivolta de medio punto ligeramente rebajada. Los arcos están formados por molduras gruesas cóncavas y convexas, siendo lisa la arquivolta exterior. Las dovelas o piezas en forma de cuña que componen ambos arcos, son de tamaños desiguales y tienen una distribución irregular. Coronando la puerta hay un tímpanosemicircular, monolítico y sin decoración que se apoya sobre dos soportes sobresalientes o ménsulas que representan cabezas de animales. Solo se conserva un soporte original, el otro fue reconstruido en los años ochenta imitando la ménsula existente.
Las arquivoltas descansan sobre dos pares de columnas adosadas, de fuste monolítico y liso. Las basas de las columnas internas tienen forma ática, mientras que las basas de las columnas exteriores presentan un toro aplastado. Los plintos o basamento que sobresale del pavimento, son cuadrangulares y presentan decoración de flores.
Los capiteles de las columnas exteriores están formados por una superposición de molduras, sobre estos capiteles hay unos cimacios moldurados o prismas cuadrangulares sobre los que descansan las arquivoltas, que se prolongan por el muro. Los capiteles de las columnas interiores presentan la mitad inferior lisa y la superior tiene una decoración muy tosca, formada por una amalgama de motivos decorativos. Los ábacos colocados sobre los capiteles están cortados en chaflán y tienen decorado solamente el lateral. El derecho está decorado con una cadenita con dos rombos en el centro, flanqueados por dos ángulos colocados en forma ladeada y el izquierdo tiene tres semiesferas, las dos exteriores con apariencia de ojo.
El cuerpo superior de la portada es liso y está coronado por una espadaña simple o campanario formado por un arco de medio punto sobre pilastras, terminado en un tímpano triangular coronado por un Agnus Dei y una cruz pétrea, que evoca la forma románica primitiva.
En la parte exterior oriental está el ábside que es de menor anchura que la nave, a la que se une directamente sin ningún elemento de transición. El elemento más significativo del ábside es la ventana situada en la parte central de la pareced, formada por una estrecha saetera, actualmente cegada, rodeada por una arquivolta semicircular de arista viva y sobre ella una estrecha moldura que sobresale del muro, decorada con pequeños huecos y tacos. Las columnas sobre las que se apoya el arco son de fustes monolíticos lisos con basas áticas y cortos plintos. Los capiteles son estilizados, en el izquierdo las volutas semejan la concha superior de una vieira, símbolo del Camino de Santiago, utilizada como ornamento en los edificios del Camino, por San Martiño de Lalín pasa el Camino de Invierno a Santiago de Compostela, el derecho está decorado con unas volutas muy geométricas. Las piezas que coronan el capitel, los abacos, tienen forma de moldura cóncava y se continúan por el muro.
Debajo de la ventana hay una inscripción en caracteres góticos burdamente gravados, en la que se lee ERA DE MYLL CCCC LXXXV, que corresponde al año 1485, esta fecha podría indicar la restauración en la que se eliminó el alero y se elevó la altura del presbiterio, coronándose a ambos lados con un pequeño alero decorado con bolas.
El interior de la iglesia está cubierto con una techumbre de madera, la nave a dos aguas con tirantes y el presbiterio con un artesonado. Rodeando el muro interior de la nave y el presbiterio hay un banco de piedra que se interrumpe en las aberturas de las puertas y se ha eliminado en determinadas zonas. En el interior de la nave las saeteras son abocinadas en la parte alta y la puerta norte se abre mediante un arco de medio punto con un ligerísimo apuntamiento.
La separación de la nave y el presbiterio se realiza a través de un arco triunfal de medio punto ligeramente peraltado, doblado, con las piezas que forman el arco terminadas en arista viva. La vuelta exterior del arco descansa sobre los muros que cierran la nave, la interior descansa sobre columnas adosadas con fustes gruesos compuestas de tres tambores. Las basas de las columnas son áticas con garras en los extremos y los plintos son cuadrangulares, el plinto del norte es liso y el sur tiene en su frente cinco arquillos de medio punto con semicírculos en la parte baja. El capitel de la columna del lado derecho tiene unas incisiones que semejan a las hojas y las esquinas se rematan con vistosas protuberancias estriadas. El capitel del lado izquierdo tiene un mayor desarrollo y en cada esquina hay una hoja de perfil apuntado con los nervios incisos. Los ábacos que coronan los capiteles continúan por los muros laterales de la nave actuando de imposta y también continúan por el interior del ábside, aunque solo se conserva una parte de la moldura. El retablo actual no permite ver como es la ventana del ábside en su parte interior. Sobre el arco triunfal se abre un vanorematado en un arco de medio punto, que no se puede ver desde el exterior porque fue tapado por la elevación del ábside. En los muros que rodean el presbiterio en la parte alta, hay tres hileras compuestas por sillares irregulares que son consecuencia del aumento de altura de la cabecera.
La Iglesia de San Martiño de Lalin, ha llegado a la actualidad con su primitiva estructura y su decoración románica, a pesar de haber sufrido algunas pequeñas reformas. Esta antigua e histórica Iglesia, a principios del siglo XX, estuvo a punto de ser derribada, bajo el pretexto de utilizar sus materiales para construir la actual Iglesia de Nuestra Señora de los Dolores de Lalín. Pero los vecinos de Lalín de Arriba, consiguieron que su antigua iglesia no fuese demolida.
Según un documento firmado, el 15 de octubre de 1905, ante el notario don Domingo Enrique Aller, ocho feligreses: Domingo Trabazo, Benito Abeledo, Andrés Fernández, Antonio Ferradás, José María Abeledo, José Trabazo, Camilo López y Benito Álvarez, junto con el Obispo de Lugo, Benito Murúa López, se la recompraron al contratista José Miguelez Gil y al subcontratista José Suárez Couso, por 2.500 pesetas, de las cuales mil pesetas las pagó el obispo y el vecindario contribuyó con 1.500 pesetas. Gracias a estos oportunos y afortunados actos, no fue derribada la pequeña y preciosa iglesia de San Martiño de Lalín de Arriba.
