La iglesia de cúpula fue construida sobre el lugar de enterramiento del segundo fundador del monasterio de Ferapontovo, el venerable Martiniano, junto a la pared sur de la catedral de la Natividad de la Virgen. En la placa de piedra blanca se ha grabado una inscripción que indica que la construcción se completó el 1 de agosto de 1641. En 1640 comenzó la edificación de la iglesia en honor al venerable abad Martiniano bajo el reinado de Mijaíl Fiódorovich, el zar Alexéi Mijáilovich, el metropolitano Varlaam de Rostov, el abad Gerasimo y el constructor anciano Mitrofán. La finalización de la construcción se data el 1 de agosto de 1641.

La iglesia fue construida por maestros de Kirillov. Su arquitectura es simple y expresiva: un pequeño cubo con una cúpula octogonal y un tambor delgado. La solución de luz única del interior radica en que las ventanas, ubicadas solo en la parte superior, dirigen los rayos del sol hacia el enterramiento de Martiniano, creando un efecto de resplandor. El espacio no iluminado de la cúpula, que termina en el tambor luminoso, recuerda a un túnel que conduce al Reino Celestial.

En 1502, en la pared sur exterior de la catedral de la Natividad de la Virgen, el iconógrafo Dionisio representó a la Virgen de las Cuevas con los arcángeles Miguel y Gabriel, el santo Nicolás y los fundadores del monasterio, Feraponto y Martiniano, postrándose ante los pies de la Virgen. Después de la construcción de la iglesia de piedra de Martiniano, esta parte de la pintura se encontró en el arco de la pared norte de la iglesia. Aquí se ha conservado una rara imagen de los fundadores del monasterio, que aún no habían sido canonizados a principios del siglo XVI, y que fueron elevados a la santidad solo a mediados de este siglo.

Desde 1838, la iglesia alberga un iconostasio de dos niveles, creado por el comerciante de Vologda Nikolái Milavín. Las puertas reales talladas han perdido las figuras del arcángel Gabriel y María de la escena de la Anunciación. La inscripción "Mesa Inmortal" simboliza el sacramento de la transformación del pan y el vino en los Santos Dones, el Cuerpo y la Sangre de Cristo.