Die ältesten Bauteile
Eine Untersuchung der Pfarrkirche durch das Bayerische Landesdenkmalamt vom 17. März 1965 stellte einen romanischen Tuffquaderbau fest. Pfarrer Johannes Liehr ordnete diesen Baubestand in seinem 1975 veröffentlichten Bericht der ottonischen Zeit des 11. Jahrhunderts zu.
Die heutige denkmalpflegerische Einordnung ist vorsichtiger: Das Bayerische Landesamt für Denkmalpflege datiert das spätromanische Langhaus im Kern auf etwa 1200.
Damit ist zwischen einer möglichen älteren Vorgängerkirche und dem erhaltenen romanischen Baukern zu unterscheiden. Eine ältere Chronik der Pfarrei nennt für einen frühen Kirchenbau die Zeit um 1050. Diese Angabe lässt sich mit den heute vorliegenden baugeschichtlichen Untersuchungen jedoch nicht eindeutig bestätigen.
Mittelalterliche Erweiterungen
Im 13. Jahrhundert wurde die romanische Kirche erweitert. Nach den Untersuchungen von 1965 wurden an den älteren Tuffquaderbau Backsteinbauteile angefügt. Auch das Presbyterium und der Turm wurden verändert.
Im 14./15. Jahrhundert entstand die Annakapelle an der Nordseite der Kirche. Die heutige Denkmalliste datiert die Kapelle in diese Zeit.
Nach der Darstellung von Pfarrer Liehr wurde die Kapelle im Jahr 1343 vom Geschlecht der Neuchinger gestiftet und als Grabkapelle der Familie genutzt. Mit der Stiftung war ein Benefizium verbunden. Der Benefiziat hatte an drei Tagen in der Woche in der Kapelle die heilige Messe zu feiern.
Im 15. Jahrhundert erhielt die Kirche den gotischen Chor und Veränderungen am Turm. Auch das Treppentürmchen zur Orgelempore wurde damals angebaut.
Im 16. Jahrhundert kam an der Südseite die Sakristei hinzu. Ihre obere Etage ermöglichte den Blick in den Kirchenraum.
Damit waren bis zum Ende des Mittelalters wesentliche Teile des heutigen Kirchenbaus entstanden.
Vom Mittelalter zum Barock
Die Martinsgruppe
Um 1630 entstand die wertvolle Martinsgruppe mit der Darstellung des heiligen Martin bei der Mantelteilung. Nach der Überlieferung wurde die Figurengruppe von einem lothringischen Schnitzer in Landshut geschaffen.
Sie stand ursprünglich am Hochaltar der Pfarrkirche. 1921 wurde sie dort entfernt und später in der Kriegergedächtniskapelle aufgestellt. 1967 kehrte sie nach einer Restaurierung in die Pfarrkirche zurück.
Die Rosenkranzbruderschaft
Die Rosenkranzbruderschaft in Neuching bestand bereits seit 1629; 1730 wurde sie kanonisch errichtet. Ihre Bedeutung zeigt sich in der späteren Ausstattung der Kirche. Im Langhaus entstand ein Zyklus mit den 15 Rosenkranzgeheimnissen.
Der Turm und der Brand von 1676
Im 17. Jahrhundert wurde der Kirchturm nochmals erhöht und erhielt eine dritte Glockenstube.
Für das Jahr 1676 überliefert die Pfarreichronik einen Brand. Auch Pfarrer Liehr berichtet von Spuren eines früheren Feuers, die bei den Untersuchungen im Zusammenhang mit der Renovierung festgestellt wurden.
Welche Teile der Kirche durch diesen Brand beschädigt wurden und welche späteren Veränderungen unmittelbar darauf zurückgehen, lässt sich anhand der heute zugänglichen Quellen nicht mehr eindeutig feststellen.
Die Barockisierung 1756–1766
Die entscheidende Veränderung erfolgte im 18. Jahrhundert. Die heutige Denkmalliste datiert die Barockisierung auf 1756/66.
Der Innenraum erhielt seine barocke Ausstattung. Die Deckenmalereien stammen aus 1765. Im Langhaus ist die Himmelfahrt Mariens dargestellt, im Chor Szenen aus dem Leben beziehungsweise der Verehrung des heiligen Martin.
Der Hochaltar entstand um 1765 und wird Matthias Fackler zugeschrieben.
Nach dem Bericht von Pfarrer Liehr wurde die gotische Bausubstanz bei der Barockisierung grundsätzlich beibehalten. Der Eingang wurde von der Nordseite auf die Westseite verlegt und ein Vorhaus angefügt.
Damit erhielt St. Martin die barocke Prägung, die den Innenraum bis heute wesentlich bestimmt.