La plus ancienne mention de la paroisse date de 1148 ("S. Mart. de Artencia"), lorsque l’église fut donnée à l’abbaye Notre-Dame de Chancelade par l’évêque de Périgueux Raymond de Mareuil. L’histoire de Saint-Martial-d’Artenset est liée à celle du hameau de Bénévent, situé au nord-est de la paroisse en bordure de l'Isle, bastide comtale fondée en 1270 par Philippe le Hardi avec Archambaud III, comte de Périgord.
Au début du 17e siècle (1602-1603), il est fait mention d'un verrier exerçant dans la paroisse, "Etienne Robert, sieur de Lafon".
Le pouillé de 1648, mentionne l’église Saint-Martial comme étant une annexe de Chancelade et de la Chartreuse de Vauclaire (dans l’ancienne paroisse de Montignac).
La carte de Belleyme, levée dans la seconde moitié du 18e siècle en Périgord, montre que le territoire de la paroisse était plus étendu qu'aujourd'hui avec, notamment, une bande occidentale longeant le bourg de Montpon.
Aux 18e et 19e siècles, la viticulture occupe une place importante dans l’économie du village. L'enquête statistique de 1836 y mentionne 100 hectares de vigne. Les cépages étaient l'enrageat, le blanc doux et le périgord. Le vin était alors transporté par voie de chemin de fer, depuis la gare de Montpon, dès les années 1860. Cette production constituait la seconde source de revenus de Saint-Martial-d'Artenset, après le tabac, au début du 20e siècle.
Le hameau de Bénévent est aujourd'hui situé sur les communes de Saint-Martial-d'Artenset et de Saint-Laurent-des-Hommes, où se trouve sa chapelle. Le lieu possède encore une école.
La population de la commune était estimée entre 1203 et 837 pendant la Révolution (1793-1800). 1288 habitant sont comptabilisés lors du premier recensement de 1841. Au cours du 19e siècle, la population augmente de 38%, puis décroît de 26% au siècle suivant. Les données démographiques de 2015, dernier recensement, indiquent 978 habitants dans la commune.
