À une date indéterminée, Humbert Ier de Beaujeu († v. 1000) donna ce lieu à l’abbaye de Cluny (Saône-et-Loire), alors sous l’abbatiat de Maïeul (954–994). On considère que ce fut son successeur, Odilon (994–1048), qui impulsa la création du prieuré Saint-Martin de Salles.
Par ailleurs, en 1110, Guichard III, membre de la même maison de Beaujeu, fonda le prieuré féminin clunisien de Grelonges, situé à l’est de Salles (actuellement sur le territoire de Fareins, Ain). Cet établissement était implanté sur une île de la Saône, aujourd’hui disparue, sur un terrain instable en raison des eaux du fleuve. Pour cette raison, à la fin du XIIIe siècle, la communauté se trouvait dans une situation délicate, le monastère ayant subi d’importants dommages et devant être abandonné. Avec l’autorisation de Cluny, en 1301 les moniales se transférèrent à Salles, qui devint dès lors un monastère féminin, tandis que les moines de ce lieu regagnèrent la maison mère.
À Salles, la communauté féminine se consolida progressivement et entra dans une nouvelle période de prospérité. L’évolution fut favorable et conduisit à un assouplissement progressif de la rigueur des usages clunisiens. Au milieu du XVIIe siècle, les religieuses, issues de familles aisées, purent disposer d’espaces privés et de biens personnels. En 1777, elles se détachèrent de Cluny et passèrent sous la dépendance de l’archevêché de Lyon, beaucoup plus souple et tolérant, et furent constituées en chanoinesses. Un projet de remaniement du monastère fut alors engagé, mais il fut interrompu par la Révolution ; ce plan, qui prévoyait même la démolition de l’église, ne fut pas réalisé et, en 1790, le chapitre des chanoinesses fut supprimé.
L’église est conservée ; elle est de structure romane, bien que très remaniée au fil du temps. Elle se compose d’une nef unique et étroite, avec un transept ouvrant sur trois absides de plan semi-circulaire. À l’ouest s’ouvre un portail décoré d’époque médiévale. Un portail gothique du XVe siècle donne accès au cloître, dont subsiste une galerie, avec des colonnes simples et doubles alternées. La salle capitulaire gothique est également conservée, voûtée et soutenue par un pilier central.
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