La capilla de Santa Martha es el edificio más importante de la población. Es un hermoso ejemplo de arquitectura barroca de sabor popular tanto por el tratamiento de sus elementos arquitectónicos por su colorido de su fachada principal.
El conjunto lo conforman un atrio que antecede al templo, la nave con sus dos campanarios, el ábside y una sacristía adosada al costado norte del templo. En el costado opuesto, el sur, en lo que fueron terrenos del atrio se construyeron un edificio para la agencia municipal y una cancha deportiva.
El atrio de la capilla está delimitado por una barda de piedra con tres accesos, uno el frente y dos laterales. En la actualidad este espacio ha sido arreglado con jardines y ádobes que bordean un camino empedrado que conduce al templo.
La portada está emnarcada por los arranques de las torres. Tiene dos cuerpos y un gran remate polilobulado. El primer cuerpo presenta medias muestras pareadas, con un nicho en la parte baja de la entrecalle que enmarcan el arco de medio punto con pilastras del acceso. Luego de una doble cornisa desplanta el segundo cuerpo también resuelto con medias muestras con nichos como en el cuerpo anterior, solo que aquí, flanquean un ventanal con zapatas en el dintel, que lo hacen verse como un arco adosado. El remate tiene una sucesión de nichos y pilastras que armonizan con las torres que complementan el diseño.
Las torres son de un solo cuerpo de planta cuadrada y tienen pilastres en las esquinas flanqueando los arcos peraltados de los campanarios, tiene en la parte alta pináculos en las esquina y están rematados con cupulines esféricos coronados con cruces de hierro forjado.
Los muros de la nave son de mampostería y muestran la existencia de contrafuertes. La cubierta de la nave es de bóveda de cañón con arcos fajones. El presbiterio es también de mampostería y tiene planta cuadrada y su cubierta tiene una bóveda de media naranja con un cupulín recto. Del lado norte existe una capilla lateral cubierta también con una bóveda de media naranja.
La planta de la capilla es de una sola nave, y tiene su coro y sotocoro, la nave propiamente dicha, una capilla lateral y el presbiterio. Por la disposición de estos elementos, debe tratarse de una capilla antigua, del siglo XVII, el actual presbiterio, a la que se le adosaron, durante el siglo XVIII el cañón de la nave actual y la capilla lateral . Las torres y la fachada principal han sido pintadas en colores contrastantes, mientras que el resto del edificio muestra su apariencia constructiva. Acerca del interior, tenemos noticia de que los pisos originales de solerón de barro fueron sustituidos por piso de mosaico de cemento y mármol.
Existen noticias documentales de que Santa Martha Chichihualtepec estaba administrada eclesiásticamente durante el siglo XVIII desde la parroquia de Ayoquesco.
El señor Anselmo Ríos Avenado, presidente del patronato de la iglesia nos informó que en el año de 1915 un temblor hizo caer la torre sur, misma que se reconstruyó según el modelo original. Los habitantes de Santa Martha Chichihualtepec son celosos guardianes de su templo.
