Le hameau de Nancelle, aujourd’hui rattaché à la commune de [[La Roche-Vineuse]], est mentionné pour la première fois en 934 dans une charte de l'abbaye de [[Cluny]] (C 421), par la formule ''Actum Nantel''<ref>Rigault, Jean, ''Dictionnaire topographique du département de la Saône-et-Loire'',2008.</ref>. La mention de cet acte réalisé à Nancelle prouve deux choses : d’abord, que Nancelle est à l’époque assez peuplée pour qu’un acte s’y passe ; ensuite, que ce hameau et sa population ont des origines lointaines compte-tenu de la racine celtique du nom Nancelle, ''nant'' , signifiant la vallée ou la source<ref>Guerreau, Alain</ref>. En effet, le hameau se situe dans une zone de forte activité dès l’époque gallo-romaine, notamment grâce au minerai de fer et à la carrière de craie présents localement. Ces gisements entraînent donc des activités métallurgiques et minières qui se poursuivent jusqu’au jusqu'au Moyen-Age.

L’église Saint-Martin est quant à elle mentionnée pour la première fois en 962 dans une charte de Cluny (C 1139), avec la formule ''in Nova Cella, capella Sancti Martini'', c’est-à-dire « à Nova Cella, une chapelle Saint-Martin ». Cette charte rend compte du don par l’évêque Adon d’une ''ecclesia'' et de cinq ''capellae'' à Maïeul, abbé de Cluny, dont celle de Nancelle. La chapelle devient par la suite église paroissiale, tout comme les autres ''capellae'' et l’''ecclesia'', en lieu de [[Massy]], [[Mazille]], [[Saint-Sorlin ]] et [[Senecé ]] (seule la chapelle Sancti Germani disparait). On retrouve ensuite la ''capella Sancti Martini'' dans des chartes du XIe<ref>C 2831, C4143</ref> siècle, avec la localisation ''Nova Cella'', en tant que partie du doyenné Saint-Martin-des-Vignes (le nom de Nancelle est alors latinisé, comme il est usuel à l’époque). Elle devient ''Ecclesia Nancella'' en 1412, et le hameau est finalement modernisé en « Nancelles » en 1666.

L’origine exacte de l’édifice est cependant incertaine. La densité de population à Nancelle laisse penser qu’un lieu de culte païen se trouve à cet endroit dès l’époque paléochrétienne. Une première église lui aurait succédé, dont le plan pourrait remonter au VIIIe siècle<ref>Guerreau, Alain. Le plan outrepassé de l’abside tendrait à supporter cette hypothèse.</ref> au plus tard. L’église Saint-Martin, telle qu’elle demeure aujourd’huiaujourd'hui, aurait ainsi été construite, ou plutôt restaurée<ref>Ibidem</ref> sur ce plan au Xe siècle, peu avant la donation à Maïeul, afin d’accommoder la population encore dense du fait des activités locales. Au XIIe siècle, l’édifice est vraisemblablement remanié, notamment la partie supérieure du clocher. En 1350, l’église semble avoir été fortifiée<ref>Bernard Laymet</ref> suite à la Guerre de Cent ans, qui a vu les clercs et habitants contraints de se défendre par eux-mêmes. Le bâtiment local le plus adapté à la défense est alors choisi et fortifié, comme ici l’église<ref>Mr Laymet fait un parallèle avec l’[[Eglise Saint-Hippolyte à Bonnay]], elle aussi fortifiée.</ref>. Ainsi, les baies des deux premiers étages du clocher sont obturées et ce dernier devient tour de garde, sans altérer la fonction cultuelle de l’édifice.

Jusqu’au Jusqu'au XIXe siècle, l’église est ensuite relativement peu entretenue. Au XVIIe siècle, la fenêtre du mur sud du chœur est agrandie, afin d’éclairer l’autel. En 1608, l’église Saint-Martin est rattachée à celle de Saint-Sorlin (aujourd’hui aujourd'hui [[La Roche-Vineuse]])<ref>Oursel</ref>, également à la collation de l’abbé de Cluny. En 1705, une visite pastorale témoigne de l’état déplorable dans lequel se trouve l’église, probablement à cause des Guerres de Religion<ref>Guerreau</ref> qui ont durement endommagé voire purement rayé de la carte bien des églises de la région. Aucune restauration importante n’est visiblement entreprise, seul le sol de l’abside et du chœur est recouvert de carreaux de terre. A la Révolution, le curé, Jacques Greuze (frère du peintre), refuse de prêter serment à la Constitution. L’église est fermée au culte. Lors de la vente des biens nationaux, un certain Lasnier acquiert « la grange de la dîme de Nancelle, avec un pressoir et deux cuves »<ref>Ibidem</ref>. L’église est ensuite mentionnée, mais non décrite, dans l’état des sections de 1823, comme propriété des habitants de Nancelle. Elle est vraisemblablement en très mauvais état.

En 1843, le secrétaire privé de Lamartine et nouveau propriétaire du domaine de Nancelle, Jean Chrysogone Guigue de Champvans, entend rouvrir l’église au culte. Il faut alors entreprendre de grands travaux de restauration. En 1853, l’église est rattachée à [[Hurigny ]] et [[Chevagny -les-Chevrières]] par l’évêque d’Autun. Le domaine est ensuite racheté par Charles François Jacquier, avocat du barreau lyonnais, en 1876. Il rachète deux ans plus tard l’église et le cimetière à la Fabrique de Nancelle, et entreprend de nouvelles réparations. Dès lors, l’église devient chapelle privée jusque dans les années 1960. L’église est ensuite délaissée et transformée en grange par le nouveau propriétaire du château le docteur Duvernois. Les murs sont grattés et le sol laissé en terre simple. Elle En 2005, la chapelle est rachetée en 2005 et retrouve alors son statut original et son mobilier conservé. Elle accueille aujourd’hui aujourd'hui une petite exposition sur l’exploitation métallurgique en Mâconnais.

L’église Saint-Martin, bien que plusieurs fois restaurée, a gardé son plan d’origine et fait donc partie des plus anciennes églises conservées de la région. De par sa situation géographique, au milieu des arbres avec peu de maisons aux alentours, elle n’a pas nécessité d’agrandissement au XIXe siècle, comme c’est le cas pour de nombreuses églises des environs. Se trouvant dans un parc privé, elle a par ailleurs été relativement protégéeà l'époque moderne.