Gli interventi messi in atto per la trasformazione, anche in questo caso, non sono più riscontrabili.
Si ignorano i particolari agiografici di Santa Martina, martire dell’VIII secolo, che sarebbe stata decapitata al X miglio della via Ostiense.
La chiesa durante il pontificato di Leone III, fu oggetto di restauri.
La costruzione della nuova chiesa di San Luca e Santa Martina ad opera di Pietro da
Cortona, nel 1677 comportò la demolizione di quella più antica.
Probabilmente la trasformazione avvenne sotto Onorio I e anteriore alla fine del VI sec.