El 25 de enero de 1566 falleció en Segovia don Fernando de Solier canónigo Arcipreste de la Catedral, quien el año anterior había querido para sí y para sus sucesores el patronato de la Capilla Mayor de la iglesia de San Martín. En ella tendría él su enterramiento, lo mismo que sus sucesores en el Mayorazgo que estable-ció. Aunque vulgarmente se le culpa, no fue él quien promovió la demolición del ábside principal del templo, toda vez que ésta se realizó en la Catorcena de 1668, y fue acordada por el Cura y feligreses el año anterior.
Por escritura del 8 de mayo de 1667, los Maestros de obras Juan Carretero y Lorenzo de Rioseco se comprometieron a realizar dicha obra. Se demolió, en efecto, la parte semicircular del ábside, desde los cimientos, y la nueva obra se enlazó con lo antiguo. El coste fue de 7.000 reales de vellón, encargándose los fieles de poner los materiales a pie de obra.

¿Los gustos de la época habían hecho parecer pobre aquel ábside románico y aquel retablo gótico existente, y que debió ser extraordinario?

Simultáneamente con esta obra se hizo el retablo mayor, comenzado el 12 de mayo de 1667. Su coste fue 22.000 reales de vellón y fue realizado por los entalladores segovianos José Vallejo Vivero y Juan de Pardo, según diseño del primero de ellos. Tal diseño se eligió entre los varios presentados.

El retablo había de estar preparado para la Catorcena del siguiente año, fiesta que fue preciso retrasar una semana por no estar concluido, celebrándose el segundo domingo del mes de septiembre en lugar del primero, como es tradicional.

El dorado y pintura del retablo fue hecho por el dorador segoviano Francisco Ximénez de Ocaña, según contrato del 28 de enero de 1668. Estos datos del retablo fueron estudiados minuciosamente en documentada monografia por don Juan de Vera. El retablo es de corte clásico. Tiene excelente dorado y rico policromado en las molduras y grutescos; consta de dos cuerpos: El banco lleva dos medallones con lienzos de los evangelistas, y en el centro un templete de expositor que antes estaba rematado en cúpula. Este Templete fue mutilado y ha desaparecido en las últimas reformas litúrgicas.

 

El primer cuerpo lleva cuatro columnas salomónicas y en el centro un lienzo de San Martín a caballo. Éste fue regalado por el feligrés don Francisco Bonifaz. A los lados lleva dos lienzos de San Pedro y San Pablo, y encima de ellos los medallones de los otros dos evangelistas, que contemplan lo reseñado en el banco del retablo. El segundo cuerpo adopta la forma semicircular de la bóveda. En su centro lleva un lienzo ovalado de la Anunciación de la Virgen, regalo del Cura de la parroquia don Juan de Pamplona y Ochoa. A los lados hay grutescos de buena talla y bien policromados.
Las referidas pinturas son de Amaya, pintor de escuela madrileña, compañero de Francisco Collantes y Francisco Rizzi, y, como ellos, discípulo de Vicente Carducci. Falleció en Madrid en 1690 o dos años más tarde.
El haberse perdido muchas obras del mismo artista, que había en iglesias madrileñas antes de la guerra de 1936, acrecienta el valor de estos lienzos.
Toda la Capilla Mayor tiene hoy sus muros cubiertos de empapelado barroco, muy deteriorados. En lo alto lleva salientes cornisas barrocas con molduras y filetes dorados.

​

-MURO DERECHO DE LA CAPILLA MAYOR.

Sobre la puerta, que daba entrada a la desaparecida sacristía, hay un lienzo de mediados del siglo xvIII. Representa al Rey David y sus soldados recibiendo del sacerdote Abimelec los Panes de la Proposición, que se ponían en el Santuario y que sólo podían comer los sacerdotes del templo.
Sigue a éste un gran lienzo también barroco: Representa a
San Martín, cuando en el siglo iv fue a Tréveris a pedir clemencia al Emperador en favor de Prisciliano y los suyos, condenados a muerte por herejes. El Emperador aparece en su trono, bajo rico dosel, en actitud de negar la petición del Santo que abajo aparece
inmutable y sereno.

-MURO IZQUIERDO DE LA CAPILLA MAYOR.

Junto al retablo hay un lienzo barroco de fastuosa composi-ción. Representa la toma de Jericó por Josué: En primer plano aparecen los soldados y los sacerdotes, llevando el Arca de la Alianza y las trompetas; al fondo aparecen las murallas derrumbadas.
El siguiente cuadro, de gran tamaño como el frontero, representa una aparición de la Virgen a San Martín. Es también del siglo xvIIi y de aparatosa composición.

-NAVE PRINCIPAL.

En realidad no es una nave, como se dijo al principio. Se utiliza aquí únicamente ese nombre para identificar las cosas. Igual se hace en las naves laterales.
A la entrada principal hay dos pilas de agua bendita de piedra de granito. Una de ellas está colocada sobre columnita gótica octo-gonal, y la otra sobre columnita plateresca, con su capitel. La puerta principal lleva hermosos herrajes y falleva del siglo xvII. El cancel lleva talla barroca.

En el centro de la bóveda mozárabe hay un escudo de madera policromada con los cuarteles de los Villafañe, Leiva, Mendoza y Pedrarias Dávila.

-EL ÓRGANO.

El órgano actual es de estilo barroco y tiene las clásicas trompetas horizontales de los órganos españoles. Fue construido en 1711 por el organero de Segovia Manuel Molero, que lo cobró en varios plazos: Primero 1.110 reales el año 1712, 380 reales en 1713, 300 reales en 1714, y el resto al concluirlo.
La caja del órgano es de madera jaspeada y dorada, con buena talla barroca. Fue repintado todo en 1856 por Pascual Peinador en la cantidad de 310 reales, y se arregló todo por el organero Francisco Pascual en la cantidad de 670 reales de vellón.
Tiene 21 registros y dos pedales. Entre los registros figuran los de clarín, flautado A 13, corneta, flautillo, octava, docena, quincena, decimonovena, címbalo, trompeta real, bajoncillo, flautado de A, y octaba 2. Hoy día precisa una buena reparación.
Primitivamente tuvo otro emplazamiento, y fue en el año 1677 cuando se acordó ponerlo en la tribuna actual.
ABSIDE DERECHO.
Una lápida, en lo alto, al lado derecho dice: "Esta capilla de Santa Catalina es de Rodrigo del Río", guarda mayor del Rey nuestro Señor y de sus Reinos. "Finó postrimero día del mes de enero del año del Señor de 1464. Dejó renta perpetua para una Misa y
Responso que se dirá en ella cada día".
La capilla se cierra con una preciosa verja de hierro forjado, de los primeros años del siglo xv, de dos cuerpos. Se corona por dos tanantos que sostienen un escudo cuartelado con las armas de los
Linajes del Río, Hoz, Tapia y Heredia.

​

-NAVE LATERAL DERECHA.

Primer tramo. - Lleva un arcosolio, abierto en el muro, del siglo XII. Corresponde a la fundación que el 15 de marzo de 1530 hicieron Juan Aguilar del Río y su mujer Leonor de San Millán.
Hasta hace unos años, en el arcosolio estuvo el altar de la Virgen del Rosario. El arco lleva una moldura de estilo gótico isabelino, de piedra caliza, y en lo alto aparecen los escudos de los fundado-res, que figuran también en el tramo siguiente. Del muro depende hoy un lienzo de la Dolorosa, del siglo xVIII. En el piso está hoy colocada la urna barroca con el Cristo Yacente de Gregorio Fernández; pieza de excepcional importancia, que fue donada al templo por don Juan Manuel Bravo de Mendoza para ser colocada en la capilla de N. Sra. del Racimo, donde estuvo hasta hace pocos años.
Dentro de la escultura española Gregorio Fernández ocupa un lugar destacado, y la serie de Cristo Yacente es algo excepcio-nal. Podrá ser más bello el del Pardo, o el de Zamora, o uno de los de Valladolid, o el de la Catedral de Segovia... Pero ésta de San Martín es tanto como los demás. En 1951 don Juan de Vera demostró en documentada monografía que se trataba realmente de una escultura de Gregorio Fernández, cosa que no se sabía con toda certeza.