Saint-Martin de Valaurie, qui s'élève au pied du bourg castral mais à l'extérieur, est la plus grande des églises romanes du canton. Le chevet est construit en petit appareil, le reste de l'édifice en petits moellons de calcaire assisés, la partie supérieure du clocher en moyen appareil ; le chevet à cinq pans, couvert d'une croupe ronde en tuile, est rythmé de pilastres à chapiteaux corinthiens alternant avec des modillons galbés, qui supportent une corniche profilée en cavet. Cette ornementation très sobre constitue le seul décor sculpté de l'édifice. L'église, de plan allongé, couverte d'un toit à longs pans de tuiles, est précédée d'un clocher-porche rectangulaire à flèche couverte de lauzes, qui couronne la chambre des cloches, percée de quatre baies en plein cintre. L'intérieur comprend une nef unique de trois travées voûtées en plein cintre, plus haute que l'abside semi-circulaire, voûtée en cul-de-four et percée d'une baie axiale à double ébrasement. Dans les murs latéraux de la nef, des arcs formerets en plein cintre sont bâtis dans chaque travée, que séparent des arcs doubleaux en plein cintre, contrebutés à l'extérieur par de courts contreforts ; le contrefort sud du clocher-porche présente au sommet un encorbellement (vestige d'échauguette ?). Des fenêtres en plein cintre à double ébrasement, percées dans le mur sud au centre de chaque travée, éclairent la nef. Dans la 1ère travée de la nef, à droite, s'ouvre une niche en arc brisé profilé en boudin et surmonté d'un larmier mouluré à retours horizontaux. Deux chapelles latérales indépendantes s'ouvrent au nord : la chapelle Saint-Joseph, voûtée d'ogives, et celle de la Vierge, couverte d'une voûte d'arêtes. La sacristie s'appuie au nord-est du chevet.