De Sint-Maartenstraat leidt van de Diestsestraat, via Rijschool- en Lombaardstraat tot de Kardinaalstraat. Het is één van de historische straten van de stad, in de 14de eeuw gekend als Grimde- of Grimstrate naar de patriciërsfamilie van Grimde die er een huis bezat. Nabij de Diestsestraat waren hier enkele belangrijke instellingen gevestigd: het 17de-eeuwse Malderuscollege (nummers 10-12) en de priorij van Sint-Maartensdal, hier gesticht in 1433, opgeheven in 1784, in 1836 omgevormd en uitgebreid tot kazerne en in 1956 volledig gesloopt. Dit klooster schonk zijn naam zowel aan de huidige straat als aan het sociale woningcomplex dat zijn plaats innam (Sint-Maartensdal). Achter het klooster liep de eveneens verdwenen Varenstraat naar het Coelhem (huidige Jan-Pieter Minckelersstraat), nog te zien op de Ferrariskaart van 1777. In tegenstelling tot de hellende, maar rechte eerste straathelft kent de straat vanaf het Schuttershof (de zogenaamde Fuseliersgang) een vlak, maar bochtig verloop. Dit straatgedeelte bleef tot omstreeks 1845 grotendeels onbebouwd en werd ook Rameydebeempt genoemd naar het raamhof ter hoogte van de Kardinaalstraat.

Het huidige heterogene straatbeeld bestaat uit restanten van de 19de-eeuwse bebouwing, wederopbouwpanden van na de Eerste en Tweede Wereldoorlog, en recentere invullingen. Uit de oudste bouwfase (voor 1845) dateren de weliswaar aangepaste of verbouwde panden nummers 87-91, die zich op de oude rooilijn bevinden. Uit de 19de eeuw dateren verder de rijhuizen nummers 16-18, de tot één eigendom verbouwde nummers 35-39 (1881, deels heropgebouwd in 1926), het in 1958 met één bouwlaag verhoogde nummer 41, het gecementeerde nummer 61, een relict van een tweewoonst uit 1895: allen bescheiden bakstenen rijwoningen van twee tot drie bouwlagen onder zadeldaken. Tijdens Wereldoorlog I werd voornamelijk de bebouwing palend aan de Rijschoolstraat tegenover de kazerne getroffen. In afgezwakte vorm vertegenwoordigen nummer 27 (1921, architect L. Corthouts) met trapgeveltje en nummer 29 (1921, architect A. Stevens) de traditioneel getinte wederopbouwstijl. Nummer 31 (1920, architecten L. Spéder, J. Vanderveken), met op de begane grond rechthoekige en in de bovenbouw rondboogvormige muuropeningen, getuigt van een meer eigentijdse inbreng. Uit de jaren 1930 dateren de nummers 19 (1932) en 21 (1931), getypeerd door het gebruik van platte gele baksteen in decoratieve verbanden, en de nummers 24-30 (1934) en 32-34 (1932), opgetrokken in rode baksteen met veelvuldig gebruik van kunststeen. Het straateinde, palend aan de Kardinaalstraat werd tijdens Wereldoorlog II zwaar geteisterd. Nummers 44-46 en 52-70 aan pare zijde en nummers 93-103 aan onpare zijde vertegenwoordigen de eenvoudige naoorlogse wederopbouwarchitectuur. Vooral nummer 52 (1945, architect J. Stevens) vertoont een doordachte gevelcompositie met vierkante en rechthoekige muuropeningen.

De huizenrij wordt regelmatig onderbroken door schaalvergrotende appartements- en kantoorgebouwen uit de tweede helft van de 20ste eeuw, die de plaats innamen van afgebroken panden: nummers 3-5, de achterzijde van het FORTIS bankkantoor (Vital Decosterstraat nummer 42), nummer 43 (1975), nummer 55 (1966), en nummer 55d, het zogenaamde "Rega Instituut", een scholencomplex van de Katholieke Hogeschool Leuven, gebouwd in 1962 naar ontwerp van architect Ch. De Vadder. De rooilijn is tussen nummers 18 en 20 over enkele honderden meters onderbroken ter hoogte van het sociale huisvestingscomplex "Sint-Maartensdal" (1960-1968, architecten R. Braem, A. Moerkerke, J. De Mol: zie Sint-Maartensdal).