Dès 1810, le Conseil municipal envisage d'établir un marché dans une partie de l'ancien jardin du couvent des Augustins. En 1833, un projet de marché couvert est avancé. Un premier projet de bâtiment unique datant de 1836 et dû à l´architecte de la Ville, René Dardel, est documenté. Situé dans la partie sud de l'actuelle place Gabriel-Rambaud, il est parallèle à la galerie nord de l'ancien cloître des Augustins ; un espace réservé aux chevaux et aux voitures est ménagé dans l'angle sud-est de la place ; des poteaux en chêne établis sur des dés en pierre supportent une charpente légère en lattis de planches et tuiles creuses. Tant aux yeux du Conseil municipal qu´à ceux du Conseil des Bâtiments civils, le plan est trop simple et s´inscrit dans un environnement confiné. A la fin de l´année 1836, Dardel dessine deux bâtiments, dépourvus de grilles, et donc largement ouverts sur la rue. Le Conseil des Bâtiments civils argumente qu´un marché couvert doit être fermé pour en assurer la bonne gestion et le dissocier clairement de la voie publique. Dardel présente un troisième projet comprenant deux ailes prévues en pierre. Dardel s'inspire de l'architecture antique grecque. Le programme stipule que les entrepreneurs sont tenus d´employer le sable le plus fin pour les enduits et les crépissages, des moellons de Couzon, de la chaux de pierre de Saint-Germain pour le béton, des lattes de chêne pour les plafonds et des tuiles creuses de la meilleure qualité de Bourgogne. L´aile nord est plus petite que l´aile sud.
Le devis du 21 décembre 1836 est approuvé par le maire Martin le 19 janvier, par le préfet du Rhône le 6 février 1837 et par le Conseil des Bâtiments civils en juillet ; l'adjudication a lieu en octobre 1837 : c'est le maître-maçon Pierre Legrand, domicilié 6 place des Jacobins, qui l'emporte. En septembre, la Ville décide d´ouvrir des rues de 7 mètres de largeur autour du marché. Les fondations sont commencées en novembre. Chacun des bâtiments, désormais symétriques, mesure 13,40 m sur 40. L´ensemble compte 112 cases de boutiques, divisées en 3 classes louables à partir de septembre 1839. Les entrecolonnements sont fermés par des murs-bahut surmontés de grilles après coup, le Conseil municipal ayant eu du mal à se ranger à l'avis du Conseil des Bâtiments civils (le cahier des charges ne date que du 20 décembre 1838, Dazon, 7 rue Penthièvre étant adjudicateur). Dans le devis d'août 1838, il est précisé que les grilles seront peintes à l'huile à deux couches couleur olive très foncée. La pierre de taille prédomine. L´entrepreneur adjudicataire demande la permission en décembre 1837 d´employer la pierre de Crussol près Valence, des difficultés empêchant la fourniture de pierre de Villebois demandée dans le devis de décembre 1836. La charpente, en sapin des forêts du Bugey, compte 23 fermes. « La toiture de la halle repose (...) sur une corniche moulurée en bois et zinc avec console en bois », peinte « dans un ton qui imite la couleur de la pierre de chouin ». Les colonnettes en fonte sont réservées à l´intérieur de l´édifice. Octobre 1838 : les colonnes en fonte sont mentionnées pour la première fois. Le 18 février 1839, Pierre Legrand obtient 4 francs par cent kilo de plus pour les cannelures des colonnettes. L'architecte Dardel, n'étant pas satisfait de la qualité des pierres de Tournus livrées pour le dallage des halles, fait appel à l'entrepreneur Chometton pour établir une aire en bitume dans chaque halle (octobre 1838 puis août 1839). En décembre 1838, alors que le marché devait être achevé depuis le 24 octobre, il manque les trois-quarts de la couverture en zinc, le ferblantier étant en rupture de stock. Pour se couvrir, la mairie de Lyon envoie une sommation à Pierre Legrand par acte d'huissier. En janvier 1839, Villard, marchand de fontes moulées, est chargé de fournir 8 chasse-roues en fonte scellées dans des allèges en pierre de choin. En mai 1839, la soumission de Millet est acceptée pour l'établissement des stalles en chêne et sapin. En 1841, 288 chardons en fer, bien aiguisés et tranchants, sont installés pour boucher les vides qui existent entre les colonnes et le grilles du marché et par lesquels les enfants s'introduisent. Chaque chardon pèse un kilo.
Dans chacune des halles, l´intersection des allées est-ouest et nord-sud est marquée par une fontaine surmontée d´une réplique en bronze du Mercure de Jean de Bologne, fournie par Richard, fondeur, 15 rue des Trois-Bornes à Paris. Dans la main droite, Mercure tient un flambeau dont la flamme, alimentée par le gaz de ville, éclaire l´intérieur du marché. Deux têtes de lion placées sur les faces nord et sud du piédestal crachent de l´eau dans des coquilles en bronze, selon un modèle établi pour les fontaines de la ville. Le béton des aqueducs et des fontaines doit être composé d'un tiers de chaux vive de Vaise et deux tiers de gravier de Saône et la maçonnerie de moellons de Couzon ; les caniveaux sont prévus en pierre de Villebois, les dalles autour de la fontaine en pierre de Choin, le socle en pierre de choin du gros banc et le piédestal en pierre de Crussol.
En 1853, il est décidé que l'espace compris entre les 3 entrecolonnements à l'ouest du marché nord sera affecté au débit de la viande à la criée. Le préfet Vaïsse attache le plus grand prix à l'achèvement rapide des travaux notamment à l'approche de Noël. En 1857, le même avise la population que le marché au beurre, aux œufs et à la volaille de la Martinière s'ouvrira tous les jours à 7 heures et que le marché à la criée pour le gibier ouvrira les dimanche, mardi, mercredi, jeudi et samedi à 8 heures. Des latrines publiques sont installées en 1867. En 1869, le hangar de la volaille vivante, accolé au sud de la halle méridionale est attesté.
A cette date, l'architecte en chef de la Ville Desjardins estime qu'une restauration générale du marché est impérative (il précise que les colonnes en fonte doivent recevoir plusieurs couches de peinture). Elle est exécutée en 1870 par l'entrepreneur Boisset qui utilise des tuiles de Montchanin et du zinc pour la couverture, de la pierre de Villebois pour les caniveaux et les bassins des fontaines ; la corniche extérieure est peinte à l'huile à 3 couches, les 2 Mercures sont grattés à vif et vernis au copal, les mascarons des fontaines sont bronzés et les portes peintes en faux marbre ; le joug de la cloche est mentionné.
Le 10 décembre 1873, l'aile sud est détruite par un incendie. Elle est reconstruite à l'identique dès 1874 alors qu'Abraham Hirsch, architecte de la Ville, aurait souhaité substituer la charpente en bois par une charpente en fer afin d'assurer une plus grande sécurité au bâtiment. Les travaux sont terminés le 26 septembre par C. Gancel Jeune, entrepreneur de charpente. Grâce aux instances judiciaires menées contre la Ville par les locataires du marché afin d'obtenir des dédommagements pour les marchandises perdues, on sait que les approvisionneurs étaient domiciliés à Lyon (à proximité du marché ou dans un autre quartier), dans l'Ain, en Saône-et-Loire, dans la Loire, etc. Parmi eux, on comptait des marchands de fromages et un cafetier. Les coquetiers fournissaient beurre, œufs, oies, poulets, dindes, lapins. En 1873, un certain Buguazet souhaite louer deux emplacements pour installer des bachots et vendre des poissons d'eau douce.
La halle sud est à nouveau détruite en 1903 pour permettre l'élargissement de la rue de la Martinière. Le 17 mars, le Conseil municipal accorde les matériaux à l'entreprise Dagand d'Aix-les-Bains. L'attestation d'achèvement des travaux date du 30 août. La même année, la mairie demande de préciser "dans le cahier des charges de la démolition de la halle sud du marché de la Martinière une clause réservant à la Ville la propriété de la statue de Mercure qui s'y trouve" ; le maire décide de l'installer dans le passage de l'Argue où l'on en trouve une réplique aujourd'hui.