La église à coupole a été érigée sur le lieu de sépulture du deuxième fondateur du monastère de Ferapontovo, le bienheureux Martinien, contre le mur sud de la cathédrale de la Nativité de la Vierge. Sur la plaque de fondation en pierre blanche est gravée une inscription indiquant que la construction a été achevée le 1er août 1641. En 1640, le bâtiment de l'église au nom du bienheureux higoumène Martinien a commencé sous le règne du tsar Michel Fiodorovitch, du tsarévitch Alexeï Mikhaïlovitch, de l'archevêque Varlaam de Rostov, de l'higoumène Gérasime et du constructeur moine Mitrophane. L'achèvement de la construction est daté du 1er août 1641.

L'église a été construite par des maîtres de Kirillov. Son architecture est simple et expressive : un petit cube avec un dôme octogonal et un tambour fin. La solution lumineuse unique de l'intérieur réside dans le fait que les fenêtres, situées uniquement dans la partie supérieure, dirigent les rayons du soleil vers la sépulture de Martinien, créant un effet de luminosité. L'espace non éclairé du dôme, se terminant par un tambour lumineux, rappelle un tunnel menant au Royaume Céleste.

En 1502, sur le mur sud extérieur de la cathédrale de la Nativité de la Vierge, le peintre Dionysius a représenté la Vierge de la Caverne avec les archanges Michel et Gabriel, le saint Nicolas et les fondateurs du monastère, Ferapont et Martinien, se prosternant aux pieds de la Vierge. Après la construction de l'église en pierre de Martinien, cette partie de la fresque s'est retrouvée dans l'arcade du mur nord de l'église. Ici, une rare représentation des fondateurs du monastère, encore non canonisés au début du XVIe siècle, a été reconnue comme saints seulement au milieu de ce siècle.

Depuis 1838, l'église abrite un iconostase à deux niveaux, créé par le bourgeois de Vologda, Nicolas Milavine. Les portes royales sculptées ont perdu les figurines de l'archange Gabriel et de Marie de la scène de l'Annonciation. L'inscription « Table immortelle » symbolise le sacrement de la transformation du pain et du vin en Saints Dons, Corps et Sang du Christ.