En 1325 se fundó la Cartuja de San Martino y se llamó al arquitecto y escultor sienés Tino di Camaino para que la construyera. De la estructura original se conserva el grandioso sótano gótico, una importante obra de ingeniería. A lo largo de cinco siglos, la Cartuja fue objeto de constantes reformas, y en 1581 se puso en marcha un grandioso proyecto de ampliación, encomendado al arquitecto Giovanni Antonio Dosio, destinado a transformar su severo aspecto gótico en su precioso y refinado aspecto barroco actual. El creciente número de monjes impuso una reestructuración radical del Gran Claustro: se construyeron nuevas celdas y se revisó todo el sistema de agua. El promotor de este nuevo y espectacular aspecto de la Certosa di San Martino fue el prior Severo Turboli, en funciones desde los últimos veinte años del siglo XVI hasta 1607. Las obras iniciadas bajo la dirección de Dosio fueron continuadas por Giovan Giacomo di Conforto, que construyó la cisterna monumental del claustro.
El 6 de septiembre de 1623, el arquitecto Cosimo Fanzago comenzó a trabajar en la obra de San Martino, que, con diversos altibajos, duró hasta 1656. Fanzago connotaba cada lugar del monasterio con el signo inconfundible de su personalidad prepotente. La obra de Fanzago se caracteriza por una extraordinaria actividad decorativa, transformando las decoraciones geométricas tradicionales en aparatos compuestos por follajes, frutas, volutas estilizadas, a los que los efectos cromáticos y volumétricos dan un carácter de excepcional realismo y sensualidad. Hacia 1723, al ingeniero real y arquitecto de la Certosa, Andrea Canale, le sucedió su hijo Nicola Tagliacozzi Canale, más conocido como grabador y creador de escenografías. Definido comúnmente como arquitecto-escenógrafo, Nicola ocupa un lugar de absoluto protagonismo dentro de la cultura refinada del siglo XVIII en lo que respecta a la experimentación del gusto en materia de decoración y a la integración entre ornamentación y estructura arquitectónica. Participó en la densa y ferviente expresión artística conocida como Rococó, una síntesis perfecta de pintura, escultura y arquitectura.
El complejo fue dañado durante la revolución de 1799 y ocupado por los franceses. El rey ordenó la supresión de los cartujos sospechosos de tener simpatías republicanas, pero finalmente aceptó su reincorporación. Una vez levantada la supresión, los monjes volvieron a San Martino en 1804. Cuando los últimos monjes abandonaron la Cartuja, en 1812 el complejo fue utilizado por los militares como hogar para los inválidos de guerra, hasta 1831, cuando fue nuevamente abandonado para su urgente restauración. En 1836, un pequeño grupo de monjes volvió a establecerse en San Martino y luego consiguió hacerlo de forma permanente. Después de la supresión de las órdenes religiosas y de que la Cartuja pasara a ser propiedad del Estado, fue convertida en museo en 1866 por Giuseppe Fiorelli, anexionada al Museo Nacional como una sección independiente y abierta al público en 1867.
En el Museo y Cartuja de San Martino se pueden visitar las siguientes secciones: Iglesia, Sección Naval, Botica de los Monjes, Sección del Pesebre, Cuartos del Prior, Sección de Imágenes y Recuerdos de la Ciudad, Sección del Teatro y los Jardines.
