A Igreja Matriz de Nossa Senhora dos Mártires, igualmente conhecida como Igreja de Nossa Senhora dos Mártires ou Igreja Matriz de Castro Marim, é um edifício religioso em Castro Marim, no Distrito de Faro, em Portugal.
No Século XVI, a antiga Igreja Matriz de Castro Marim, situada no interior das muralhas, já não dispunha de capacidade suficiente para servir a população, motivo pelo qual foi construída a Ermida de Nossa Senhora dos Mártires.[1] Este edifício foi alvo de obras de ampliação durante o Século XVI, tendo-se tornado sede de paróquia após a antiga Igreja Matriz ter sido destruída pelo Sismo de 1755.[1] Apesar das modificações feitas no século anterior, o edifício ainda era considerado demasiado pequeno para as suas novas funções, pelo que foi alvo de novos trabalhos de expansão, que foram concluídos em 1834.[1] Foi atingida por um incêndio em 1960, que destruiu grande parte do seu interior.[2]
O corpo da igreja inclui um zimbório, rematado por um falso lanternim.[2] Na capela-mor e nas capelas laterais, está decorado com várias imagens, retratando o Arcanjo São Gabriel, Nossa Senhora da Encarnação, Santa Luzia e Nossa Senhora dos Mártires.[2]