Le culte très ancien à sainte Marthe s’enracine dans la tradition selon laquelle elle a été inhumée sur les lieux mêmes de sa vie à Tarascon, dans une petite maison, à l’emplacement actuel de la crypte.

Vers 320, la communauté chrétienne, étoffée au fil des ans, peut édifier autour de la tombe primitive de sainte Marthe, une nouvelle structure cultuelle. C’est la première église de Tarascon. Elle accueille à cette époque un sarcophage romain, en marbre précieux. Les restes de la sainte sont transférés dans ce nouveau tombeau, qui commence à attirer les pèlerins. L’actuelle crypte a dévoilé ses secrets en 1979, lors des fouilles effectuées à la faveur d’une restauration complète du sol.