Groß St. Martin wurde wohl unmittelbar nach einem Stadtbrand des Jahres 1150 begonnen. Financier der Kirche war unter anderem der Kölner Erzbischof Arnold von Wied, der zeitgleich der Weihe der von ihm gestifteten Doppelkirche in Schwarzrheindorf entgegensah.
Hier wie dort wurden Bauten mit einem den Gesamteindruck beherrschenden zentralisierenden Vierungsturm über kurzem, kreuzförmigem Grund errichtet. Im Falle Groß St. Martins wurde die Dominanz des Vierungsturmes durch identische Gestaltung aller seiner Fassadenseiten mit umlaufenden Arkaden, Galerien und Friesen, durch Aufstockung und allseitig angebrachte Ecktürmen in unvergleichlicher Weise gesteigert.
Der kleeblattförmige, sog. Dreikonchenchor Groß St. Martins greift maßgebliche Tendenzen seiner Zeit auf, steigert sie aber in vollendeter Harmonie. Vom Ostbau des Bonner Münsters - erbaut unter Probst Gerard von Are, Arnold von Wieds Konkurrent um den Kölner Bischofsthron - übernimmt Groß St. Martin die Etagengliederung des Chorbaus: Die Apsis erhält außen wie innen gleich hochgelegene Gesimsunterteilungen; auch die Anzahl der innen wie außen gliedernden Bögen ist identisch.
Die Kölner Kirche führt aber nun die Gliederungselemente der Apsis im Sinne des in Köln entwickelten Prinzips der Umkreisung konsequent über den gesamten Dreikonchenchor fort. Im Innern kommt die Zweischaligkeit hinzu: Die Halbkuppeln der Konchen lasten nicht auf den durchfensterten Außenwänden, sondern auf einem inneren Halbkreis sehr hoher und schlanker Stützen. Damit entsteht eine fast schon gotisch zu nennende steile und schlanke Proportionalität des tatsächlich auch von Bauten der französischen Frühgotik inspirierten Raums.
