Mit markantem Vierungsturm und Kleeblattchor prägt Groß St. Martin seit dem Mittelalter das Panorama der Kölner Altstadt. Zur Römerzeit lag das Gelände auf einer Insel im Rhein, die mit einem Lagerhallenkomplex bebaut war. Die Kirche wurde auf und mit den Überresten dieser Hallen errichtet. Der südöstliche Trakt des antiken Gewerbebaus wurde mit seinen Dimensionen zum Maß für den späteren Kirchenbau. 

Unter dem Chor von Groß St. Martin entstand nach den Kriegszerstörungen ein beeindruckender Ausgrabungsbereich. Der nahtlose Übergang der Fundamentmauern der römischen Lagerhalle in die Seitenschiffwände der Kirche ist dort bis heute nachzuvollziehen. 

Die nach dem Zweiten Weltkrieg in den oberen Partien rekonstruierte Kirche stellt ein typisches Beispiel für die Architektur in der Zeit von 1150 bis 1250 im Rheinland dar. 

Das Innere der ehemaligen Klosterkirche ist heute vor allem von einer imposanten Architektur und gleichzeitig reduzierten Ausstattung geprägt. 

Bemerkenswert ist auch das Umfeld der Kirche, denn es spiegelt die frühere klösterliche Situation wider: Zum Beispiel ist das Geviert der Bäume ein Hinweis auf den ehemaligen Kreuzgang. Gelegen ist Groß St. Martin direkt hinter der attraktiven Rheinpromenade in der Altstadt, zwischen Hohenzollern- und Deutzer Brücke.