L'édifice actuel date du XIIIe siècle avec des ajouts du XVe siècle, mais il a été construit sur le site d'une chapelle antérieure du XIe siècle.
Aux environs de Centeilles on trouve le pic Saint Martin sur lequel les Ibères établirent un retranchement à partir du VIe siècle av. J.-C. Plus tard, une église se développa et fut utilisée tout au long de l'époque des Wisigoths. Au XIIIe siècle, (XIIe siècle selon certaines sources ), l'église de Centeilles fut bâtie sur le site d'une chapelle romane et d'une villa romaine. Les branches du transept furent ajoutées au XVe siècle. Au cours de travaux de restauration en 1959, les vestiges figurant le contour d'une abside semi-circulaire appartenant à une construction antérieure furent découverts dans le choeur actuel. Sur l'allée qui conduit au côté sud de l'église, on trouve de grandes pierres qui indiquent, pense-t-on, un lieu d'inhumation néolithique.
Tout au long du Moyen-Age, Centeilles fut le centre d'une communauté prospère sur le trajet entre plaine et montagne et d'une foire les 25 et 26 mars. Cette foire est devenu l'actuelle foire annuelle de Siran. Cet endroit n'a plus ni moutons ni bergers, mais l'un des abris de bergers, en vieilles pières, est encore intact. Cette 'capitelle' se situe au sud de la route moderne d'accès, cent mètres environ avant Centeilles. Après la Révolution Française, l'église, comme tant de bâtiments publics en France, fut livrée à l'abandon et devint bâtiment agricole pour loger animaux et outillage. Plusieurs propriétaires se partagèrent l'intérieur et percèrent des portes supplémentaires pour faciliter leur accès.
Grace aux offrandes et dons en argents, l'abbé Giry put acquérir l'église et son site en 1958. En 1961, elle fut offerte à l'Association Diocésaine. les travaux de restauration débutèrent en 1959 et aujourd'hui Centeilles est belle à voir malgré les dommages que le passé récent fit subir aux fresques.
De nos jours, ne serait-ce que pour voir ses peintures murales, l'église mérite une visite. Face à l'entrée, c'est la peinture du XVe siècle de 'L'arbre de Jessé'. Y figure David qui joue de la harpe, du XVe siècle également. Beaucoup d'autres peintures ou fragments datant des XIV et XVe siècles peuvent aussi être vus en divers endroits de la petite église. Dans l'aile nord du transept, vous pouvez voir un petit pavement de mosaïque du III ou IVe siècle, récupéré sur le site d'une villa romaine qui est maintenant Siran. Il a été transféré à Centeilles pour sa protection et afin de rester accessible pour la population locale.
Chaque année, une Procession des Rogations se fait à Centeilles, suivie d'une messe. Le premier dimanche suivant le 15 août, une grande fête a lieu, précédée d'une cérémonie religieuse à 17 heures. Suit une présentation des fresques et les festivités se prolongent tout au long de la soirée avec l'apéritif et un repas en plein air qui fait bonne place aux spécialités locales, accompagnées naturellement du bon vin rouge Minervois. | 
