Innervillgraten gehört zu den wenigen Urpfarren des Pustertales. Ein ansässiger Priester ist seit 1267 nachweisbar. Das erste erhaltene Zeugnis vom Jahr 1395 beurkundet eine Friedhofsweihe, ein zweites von 1414, dass ein Kirchenbau im Gange war. Dieser gotische Bau mit zwei Altären wurde 1440 geweiht. Über das Aussehen dieses wie des romanischen Vorgängergebäudes gibt es keine Anhaltepunkte. Da die Kirchenrechnungen ab 1601 ziemlich lückenlos vorhanden sind, lässt sich die barocke Ausstattung von Anbeginn gut nachweisen. Der barocke Erweiterungsbau wurde 1708 in Angriff genommen. Das alte Presbyterium wurde beibehalten und barockisiert. Der Turm blieb unverändert stehen. Das Kirchenschiff wurde vergrößert. Es wurden zwei Emporen eingezogen. 1710 war die Kirchweihe. Das Patronat der drei Altäre erhielt St. Martin, St. Isidor und der Hl. Familie.
Der neue Hochaltar wurde erst 1716 aufgestellt. Die weitere Ausstattung erfolgte nach und nach. Laut Inventar von 1834 gab es in der Kirche an größeren Ölgemälden nur die drei Altarblätter (von unbekannter Hand).
„Die Uneinheitliche im Stil als erstes: die rundbogigen Öffnungen weisen auf den romanischen Stil, haben aber nur den Namen gemein mit der echten Romanik. Das Presbyterium weist Kuppelgewölbe auf. Die Kuppel über der Orgelempore ist mit Rippenwerk ausgestattet, was für die Gotik spricht. Ihr entspricht auch das Äußere der Apsis und die vier Streben an den Außenlängsseite, da der romanische Stil keine Strebenpfeiler kennt. Die muschelartigen halben Gewölbe der Seitenschiffe kommen vom französischen Übergangsstil. Die Form der Innenpfeiler scheint zu sehr der Renaissance anzugehören. Die Fassade mit den vielen Durchbrechungen sowie die ganz unerklärlich großen Rundfenster im Dachraum der Apsis erinnern an die Kirchen der Zopfzeit. Die Kirche ist in allem zu reich und zu protzig; sie gleicht mehr einer Dom-, als Dorfkirche.
Es zeigen sich Eigenheiten aller abendländischen Stile, aber im wesentlichen ist es eine basilikale Anlage mit neuromanischer Gesamtwirkung, reich gegliedert durch Anbauten und Strebepfeiler, durch vorgekargte Rundbogenfriese aus Bruchstein und durch 32 Fenster. Die Außenportale und der umlaufende Mauersockel sind aus dem heimischen Granit vom Maxer-Steinbruch gehauen. In einer Nische der Hauptfassade steht eine Statue des Kirchenpatrons vom heimischen Bildhauer Willi Rainer (1976). Das Mauerwerk des Turmes einschließlich der gekuppelten Schallöffnungen stammt aus dem Mittelalter. Der Turm wurde nach Zerstörung des gotischen Spitzhelms durch einen Sturmwind im Jahre 1799 barockisiert: Achteck mit Zwiebelhaube und Laterne als Abschluss. In der Glockenstube befinden sich fünf Glocken.
Das Innere: Man betritt durch den Haupteingang zuerst eine quergezogene kurze Vorhalle, in der die Statuen St. Florian (Haus) und St. Chrysanth (Skelett) aus der Zeit um 1700 stehen. Hinter der inneren Tür weiten sich seitliche Kapellenanbauten, die den Eindruck eines angedeuteten hinteren Querschiffes erwecken, die eine erhält den Stiegenaufgang zur Empore, die andere ist als Taufkapelle vorgesehen. Die Orgel wurde 1903 mit pneumatischer Traktur und 15 Registern sowie der Weiterverwendung einiger Pfeifen aus der alten, ersten Orgel (1823) aufgestellt und 1914 von demselben auf 18 Register erweitert.
Darauf folgt das 6,70 m breite Mittelschiff mit drei Jochen und flacher Decke bis zum eingezogenen runden Chorbogen.
Das Presbyterium ist auf Mittelschiffbreite eingezogen und besteht aus einem Joch mit Kreuzrippengewölbe sowie einer 5/8-Schlussapsis. Auf den Jochwänden in vertieften Halbkreisflächen sind al fresco zwei Szenen aus der Legende des hl. Martin nach Gebhard von Fugel dargestellt.
Die vier Altäre wurden von Pater Reiter entworfen, von Augustin Valentin in Brixen angefertigt und 1896, bzw. 1899 aufgestellt. Das Hochaltarbild malte Emanuel Walch aus Kaisers im Lechtal (1895).
Die Kirche wurde von 1989 bis 1993 innen- und außen zur Gänze renoviert.
Ein Friedhof befand sich seit eh und je um die Pfarrkirche herum. Die vorletzte Erweiterung geschah in Zusammenhang mit dem Kirchenbau 1893/95, die letzte beim Bau der Leichenhalle 1980. Dabei wurde auch das traditionelle Aussehen eines dörflichen Friedhofes mit Grabhügeln und Einfassungen zugunsten einer Art Grünanlage aufgegeben. Die Totenkapelle am Friedhof wurde 1896 errichtet und 1949 als Kriegergedächtnisstätte für die 101 Opfer beider Weltkriege ausgestattet.
