Hay constancia de la existencia de vida monástica en este lugar desde el año 979, cuando está documentada una donación efectuada por unos particulares a esta casa, quizá habría que situar su fundación en la primera mitad de ese siglo, cuando se instauraron varios pequeños monasterios en este territorio.
Fue una canónica de relativa importancia, constan donaciones en épocas distintas, a mediados del siglo XI tenía dos monasterios que dependían de ella, ahora desaparecidos. Se desconoce la regla practicada en sus inicios, probablemente la de San Fructuoso, pero en el siglo XII el lugar estaba ocupado por canónigos. En 1063, los reyes Fernando I y Sancha de León dieron el monasterio de Santa Marta a la diócesis de Astorga, también hay constancia de que en 1077 se estaba construyendo una nueva iglesia, seguramente la actual. El monasterio guardaba las reliquias de santa Marta, que lo convirtió en un centro de atracción de peregrinos que buscaban remedio para sus males.
En 1129, Alfonso VII estuvo en el monasterio en agradecimiento por su curación, en ese momento otorgó un documento de ratificación de bienes y privilegios. En 1209 la casa fue unida a la diócesis de Astorga lo que comportaría el fin de la vida regular, durante el primer cuarto de siglo los canónigos se integraron en el capítulo de la catedral de Astorga, manteniendo el título de abad de Santa Marta y unos clérigos para atender al culto. Esta situación se mantuvo hasta 1536, cuando la abadía fue suprimida. Del antiguo monasterio sólo queda la iglesia de nave única, un notable edificio románico de planta cruciforme, con interesantes elementos esculturales de la misma época. A su lado se conserva la casa abacial del siglo XVI.
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