Foi mandado edificar depois de 1640, no âmbito do plano de defesa da Barra do Tejo, dirigido pelo conde de Cantanhede. Dotado de uma bateria de grandes dimensões relativamente ao forte e de três corpos retangulares justapostos, com áreas diversas, cruzava fogo com a bateria da Cidadela e defendia a pequena foz da Ribeira dos Mochos. Na segunda metade do século XVIII foi objeto de diversas campanhas de obras, sendo as mais significativas a de 1762-1763, durante a qual se ampliou o parapeito e a de 1793, que procedeu à reorganização funcional dos espaços da bateria e dos aquartelamentos.

Em 1864, quando já se encontrava desativado, a necessidade de reforço da sinalização marítima do corredor norte da Barra do Tejo determinaria que se construísse no local um farol, obra que ficaria a cargo do arquiteto Francisco Pereira da Silva. Concluído em 1867, o Farol de Santa Marta, com os seus 8 metros de altura, passou a sinalizar esta zona da costa de Cascais. Seria ampliado em 1936, vindo a integrar a rede de faróis automatizados em 1983, data a partir da qual deixou de contar com a presença regular de faroleiros.

No âmbito de protocolo entre a Marinha Portuguesa e Câmara Municipal de Cascais, o Forte e Farol de Santa Marta foram alvo de um projeto de requalificação e musealização, a cargo dos arquitetos Francisco Aires Mateus e Manuel Aires Mateus, que seria inaugurado em 2007. Continuando a assegurar a sinalização marítima, o farol transformou-se num museu que dá a conhecer quatro séculos de histórias e vivências, assumindo-se enquanto espaço de revelação e divulgação do universo plural dos faróis portugueses.