La antigua parroquia de Barriosuso, hoy ermita de San Martín obispo, es un templo de una sola nave de dos tramos y cabecera recta cubierta por bóveda de cañón apuntado. Esta es la parte más antigua del edificio, que podría situarse en el siglo XIII, mientras la nave será obra renacentista del siglo XVI, al final de cuya centuria puede situarse la severa portada.
Por el lado del evangelio se añadió a la nave, la capilla renacentista de los Díaz Ortega, finalizada en 1586, cuyo escudo luce en las sepulturas y al exterior. Se trata de un espacio de dos tramos cubiertos por bóvedas de crucería que acoge cuatro sepulcros, el más antiguo de ellos aún de estilo gótico, estando presidida por un retablo romanista de la Epifanía.
Del mismo estilo es el retablo mayor de la iglesia, en el que conviven relieves de la Vida de la Virgen con representaciones del obispo de Tours.
Una espadaña barroca, del siglo XVIII, completa el conjunto, rematando la fachada.