Die ältere, vielleicht noch aus reichsfränkischer Zeit stammende Kirche auf der Anhöhe am östlichen Rand des heutigen Friedhofs stand möglicherweise auf den Fundamenten einer abgegangenen Burg. Nach mehrmaligen Plünderungen und Beschädigungen während des Dreißigjährigen Krieges wurde die Kirche zugunsten des Neubaus aufgegeben. Weitere Kirchen mit dem Martinspatrozinium finden sich in Erolzheim und Kirchberg an der Iller im heute württembergischen Teil des Illertals.
Maler der 1766/67 entstandenen Fresken war Chrysostomus Forchner. Die Fresken beschäftigen sich mit folgenden Themen:
Über dem Chor:
Das erste Fresko von Forchner im Chor hat die Verehrung des Lammes (Offb. 5,8-14) als Thema. Ein gehörntes Lamm steht auf dem Buch mit den sieben Siegeln. Es wird von Heiligen angebetet. Zwei der Patriarchen haben eine Weihrauchschale in der rechten Hand. Die vier Seitenfresken zeigen die Evangelisten mit ihren dazugehörigen Attributen.
Im zweiten Fresko des Chores kniet Benedikt von Nursia vor der Dreifaltigkeit. Seine Attribute Buch, Abtsmitra und -stab werden von Engeln gehalten.
Auf dem Fresko, das den Patron der Kirche Martin von Tours zum Thema hat, ist auch die Pfarrkirche selbst abgebildet. Martins Tod, Christus erscheint Martin, Martins Wahl zum Bischof und die Mantelteilung werden als Szenen aus seinem Leben dargestellt. In den Seitenfresken Vitus und Urban.
Auf dem Fresko über der Orgel – Huldigung Mariä Namen – sind vier Personen, ein Marienmonogramm und eine bläulich-milchige Erdkugel dargestellt. Das Marienmonogramm wird von zwölf Sternen umkränzt. Die vier Personen unterhalb des Monogramms sollen die damals bekannten Erdteile versinnbildlichen. Es sind von links nach rechts: Amerika mit blau-weiß-rotem Federschmuck und umgehängtem Pfeilköcher. Europa kniet vor der mittigen Erdkugel. Sie hat eine stilisierte Kaiserkrone als Kopfbedeckung und einen Mantel mit Hermelinpelz. Vor ihr befinden sich Tiara und Papststab. Rechts neben der Erdkugel stehend mit nacktem Oberkörper Afrika, in der linken Hand einen Papagei und mit einer Kopfbedeckung, aus der ein Elefantenrüssel herausragt. Auf derselben Höhe wie Europa, Asien mit Weihrauchgefäß und Turban. Auf dem Turban ist ein Halbmond angebracht. In zwei kleineren Seitenfresken sind König David und die Heilige Cäcilia abgebildet. Beide Heilige haben einen Bezug zur Kirchenmusik.
Die bevorzugte Hervorhebung des Ordensgründers Benedikt von Nursia im Programm der Fresken, vor dem eigentlichen Kirchenpatron Martin verweist darauf, dass Tannheim dem Kloster Ochsenhausen inkorporiert war.
Zwischen Kirche und dem östlich gelegenen Pfarrhaus befindet sich als Ehrenmal das Kriegerdenkmal Tannheim für die über einhundert gefallenen Söhne des Ortes aus den beiden Weltkriegen, wobei allein im Zweiten Weltkrieg 80 tote und 30 vermisste Soldaten aus Tannheim zu beklagen sind.[2] Die Inschrift auf dem Denkmal lautet: „Gottes Erde ist überall“.
Georg Geisenhof: Kurze Geschichte des vormaligen Reichsstifts Ochsenhausen in Schwaben. Ganser, Ottobeuren 1829; archive.org.
Michael Habres: „Ad Dei et Sanctorum honorem.“ Zur Baugeschichte der Tannheimer Pfarrkirche. In: Heimatkundliche Blätter für den Kreis Biberach, Band 29, Nr. 1, 2006, S. 13–24; ISSN1430-9475.
Günter Hütter: Kirche und Kapellen in Tannheim/Württemberg = Katholische Pfarrkirche Sankt Martin in Tannheim. Schnell & Steiner, München u. a. 1992 (= Kunstführer, Nr. 2033, ZDB-ID 51387-8).
300 Jahre Kirche Sankt Martin Tannheim. Festschrift zum Jubiläum im Jahre 2002. Katholische Pfarrgemeinde Tannheim, Tannheim 2002