Cette rue existait déjà au XII^e siècle, c'était un chemin conduisant des Champeaux (halles) à l'abbaye de Montmartre, ainsi qu'il est indiqué en 1672 sur le plan de Jouvin de Rochefort. Le premier nom de cette rue fut la rue des Porcherons, parce qu'elle dépendait du quartier des Porcherons, puis elle devint rue des Martyrs jusqu'à la barrière et chaussée des Martyrs pour la partie extra-muros allant du boulevard à la rue de La Vieuville. En 1868, la rue et la chaussée furent réunies sous la même dénomination de rue des Martyrs, en souvenirs des martyres qu'endurèrent sur la Butte-Montmartre saint Denis et ses compagnons, saint Eleuthère et saint Rustique, lesquels y furent « décollés ». Par surcroît de cruauté, raconte la légende saint Denis avait préalablement été placé sur un gril rougi aux flammes dans la prison de Glaucin (Châtelet) puis transporté à Montmartre pour y être supplicié; la légende ajoute qu'après avoir été décapité saint Denis prit sa tête dans ses mains et s'en alla ainsi vers la ville qui plus tard prit son nom. De Mons Martyrumn (mont des martyrs) on fit Montmartre. Une chapelle dite des Martyrs existait rue Yvonne Le Tac.

De 1793 à 1806, la rue des Martyrs devint rue du Champ du repos, parce qu'elle conduisait également au cimetière de Montmartre dénommé Champ de repos, avant d'être le Cimetière du Nord.

La rue des Porcherons était autrefois sillonnée de guinguettes, dont quelques-unes avaient acquis un certain renom : le cabaret du Boeuf Rouge, du Faisan Doré, du Lion d'Argent, etc., étaient les endroits les plus à la mode. Par la suite, tout est changé et ce sont les théâtres ou les cabarets artistiques qui envahirent le quartier (certains existent toujours dans cette rue ou dans les environs) : le Rat Mort, la Grande Pinte, le Chat Noir fondé par Salis, le Tambourin, l'Auberge du Clou créée par l'acteur Mousseaux, le Cabaret Bruant, l'Abbaye de Thélème, le Grand Guignol, le Moulin-Rouge, la Boîte à Fursy, la Cigale, etc., et autres fantaisies montmartroises. 

Partie située au sud du boulevard Rochechouart (IX^e arrondissement).
N° 65. Rue Alfred-Stevens, ouverte sur la propriété de Stevens, peintre belge, né à Bruxelles en 1828. Au 10 de la rue se trouve le passage Alfred-Stevens (1882), qui aboutit au 9 du boulevard de Clichy.

N° 59. Sur l'emplacement de la Cité Malesherbes jusqu'en 1858, était autrefois l'hôtel de Guillaume de Lamoignon de Malesherbes qui défendit Louis XVI et fut décapitée en 1794 avec sa femme et sa fille. Henri Rochefort habitait le 5 bis de cette cité.

N° 57. Rue Victor-Massé, du nom du compositeur (1822-1884). D'abord rue Ferrand (1797), ensuite rue de Laval. Son nom actuel date de 1887.

N° 60. Rue Condorcet (1844). S'appela primitivement rue de Laval-prolongée. Nom actuel en mémoire du philosophe (1743-1794). Au 6 est  un bel immeuble (compagnie parisienne du gaz ,1864), sur l'emplacement du gazomètre de 1843. Au 27 se trouve la cité Condorcet. Au 34 a habité Suzanne Després, artiste dramatique. Au 60 est mort, en 1909, Francis Thomé, compositeur de musique, l'auteur de Simple Aveu et de Sous la feuillée. Au 72 habitait Mlle Agussol, de l'Opéra.

N° 51. A.-N. Normand, architecte de la maison pompéienne de l'avenue Montaigne, membre de l'Institut, y mourut en 1909.

N° 47. Grande cité particulière, derrière les boutiques.

N° 44. Maison mortuaire du comédien Talbot (Denis Montalant; 1904).

N° 43. Balzac après avoir cédé son fonds d'imprimerie de la rue Visconti vint y occuper un appartemen.

N° 39. Rue de Navarin (1830). Nom en souvenir de la victoire de 1827.  Au 9, maison d'un style pseudo-renaissance. Au 20 (dans une ancienne maison avec parc qui a disparu) habitait  L. Bailby, homme de lettres, directeur de l'Intransigeant.

N° 37. Emplacement du très ancien restaurant de la Biche, qui prétendait dater de 1662. Le citoyen Millière, membre du Comité central de la Commune, qui fut fusillé par les troupes de Versailles. sur les marches du Panthéon en 1871, habitait cette maison. 

N° 35. Rue Clauzel (1830). S'appela rue Neuve-Bréda. Nom actuel en 1864, en mémoire du maréchal (1772-1842). Au 10, où habitait le peintre Foubert, était aussi le siège de la société des artistes dits les « Enfants d'Apollon ». Cette société, avait été fondée en 1752.

N° 28. Rue Manuel (1806). Faisait partie jadis de la rue Neuve-des-Martyrs, puis s'appela rue Morée. Nom actuel en 1887, en mémoire de l'homme politique (1775-1827).

N° 21. Le député Manuel y habita et Géricault, dit-on, y mourut (?). 

N° 13. Rue Choron. Ouverte en 1861 sur l'ancienne cour Saint-Guillaume. Nom en 1868, en mémoire du professeur de musique (1772-1834). Au 8 bis se trouve l'école des frères de Notre-Dame de Lorette (Association Lorette).

N° 12. Rue Hippolyte-Lebas (1884). Doit son nom à l'architecte (1782-1867). Le marché des Martyrs, établi dans cette rue, date de 1872.

N° 10. Maison du XVIII^e siècle avec sculptures.

N° 7. Emplacement de l'ancien restaurant du Faisan doré, qui eut son heure de célébrité jusqu'en 1860.

Tronçon compris depuis le boulevard de Clichy jusqu'à la rue La-Vieuville (XVIII^e arrondissement).
N° 75. L'actuel café-concert Le Divan du monde qui s'y trouve a été ouvert en 1994 sur l'emplacement de l'ancienne Comédie mondaine, qui s'était appelée auparavant brasserie des Martyrs et Divan Japonais. Le fameux colonel Lisbonne, qui mourut en 1905, fut un des directeurs du Divan Japonais. Il fut également le créateur de la Taverne du Bagne (boulevard de Clichy), de la Brasserie des Frites Révolutionnaires, du Casino des Concierges qui était 73, rue Pigalle. Une autre célébrité de Montmartre, Jean Sarrazin, poète et marchand d'olives, qui mourut en 1903, fut également directeur du Divan Japonais. Baudelaire, Toulouse-Lautrec et Picasso avaient fréquenté cet établissement. Au 75 bis se trouve la cabaret Madame Arthur (spectacles transformistes), ouvert en 1948  par Marcel Wutsman. Son nom provient du titre d'une chanson d'Yvette Guilbert, qui avait été révélée au Divan japonais.

N° 77. Maison de retraite de la Providence qui a succédé à l'Asile National de la Providence fondé en 1804 par M. et Mme Micault de La Vieuville pour y recevoir "les personnes précédemment dans l'aisance et qui à un âge avancé se trouvaient dans la gêne et même le besoin". Le chevalier de La Vieuville créa en même temps la Société de la Providence. Céleste Mogador, la dernière survivante du quatuor des danseuses de Mabille, y mourut en 1909. (Chapelle).
-

La rue des Martyrs. © Photo : Serge Jodra, 2013.

N° 79. Emplacement au XVIII^e siècle du château des Brouillards d'Hiver, où se tenait le Club républicain de Montmartre pendant la Révolution, puis le bal du Boeuf-Noir. Plus tard  hôtel meublé des Deux-Hémisphères. C'est aujourd'hui un piano-bar, le Caveau des Artistes, fondé par Régine.

N° 88. Emplacement de l'ancien bal du Bossu.

N ° 76. Rue André-Gill (1895). Sur l'emplacement du bal des Marronniers. Nom en mémoire du caricaturiste (1840-1885). Au fond de la rue, qui finit en impasse, s'élève le buste du pauvre André Gill, mort fou à Charenton. Ce buste est du sculpteur Reuilliert. (F.de Rochegude).