L’église Saint-Martin de Tremblay compte parmi les édifices préromans les mieux conservés de l’archidiocèse de Rennes. De 1058 à la révolution, elle fut siège d’un prieuré dépendant de l’abbaye angevine de Saint-Florent de Saumur.

L’église de Tremblay fut donnée à l’abbaye Saint-Florent de Saumur en 1057 par Hervé, fils de Bourchard. Les moines bénédictins y fondèrent un prieuré qui subsista jusqu’à la Révolution. La construction de l’édifice actuel, datant pour l’essentiel de la seconde moitié du XI^e siècle, procède de cette donation. L’arrivée des bénédictins s’inscrit dans le cadre de la restitution des biens ecclésiastiques usurpés par des laïcs, mouvement consécutif à la réforme grégorienne.

Peu d’évènements touchèrent l’église de Tremblay avant l’époque moderne, cette dernière procédant uniquement à des travaux d’entretien ou de reconstruction partielle. Cependant, l’édifice devait être incendié par les chouans  le 8 novembre 1795, induisant une campagne de restauration en 1801 qui mutila les parties orientales de la priorale.

Pour autant, compte tenu de l’intérêt de son architecture préromane, l’édifice devait faire l’objet d’une inscription à l’inventaire supplémentaire des monuments historiques le 5 novembre 1926.

Les archives mentionnent que « Le seigneur du Chastelet (en Balazé) était aussi « seigneur fondateur et haut-justicier de l’église parochiale [paroissiale] de Saint-Martin de Vitré ». De cette église du XVème siècle ne subsiste que le clocher. Le corps du bâtiment fut détruit en 1897 (La tour Saint-Martin) Le clocher de Saint-Martin de Vitré abrite cinq cloches provenant de la fonderie Bollée du Mans et datant de 1885. Le bourdon pèse 4 445 kg et sonne en sol2. Les quatre autres cloches donnent do3, ré3, mi3 et sol3.

 Une nouvelle église saint Martin, du XIXème siècle, a été reconstruite, dans le style néo-roman.