La seconde chapelle sud de la nef est construite peu avant 1313 par la volonté de l'évêque Guy de La Charité (1296-14 juillet 1313), et placée sous l'invocation de saint Martin et de Saint Louis. Aucune information ne nous est parvenue sur l'éventuel décor des parois de cet espace. On peut juste supposer que la chapelle subit de graves dommages en 1567-1568, comme toute la cathédrale, lors de la prise et de l'occupation de la ville par les protestants, et qu'elle est restaurée en même temps que l'édifice au cours des décennies suivantes.

Dans le deuxième quart du 18e siècle, plusieurs chanoines, sans doute stimulés par la construction d'une chapelle limitrophe dédiée au Sacré-Cœur de Jésus, se consacrent à renouveler l'ameublement et le décor de la chapelle, dédiée cette fois à saint Michel. D'après le chanoine Cabaret, repris par le chanoine Jacquin, il faut attribuer aux chanoines Regnault, Gosset et Labouret le don de l'autel, du lambris et de la grille, travaux que l'on peut placer dans le courant des années 1730. En revanche, le nom du menuisier local qui a réalisé le lambris ne nous est pas parvenu.

Le revêtement mural de la chapelle a profité de restaurations après la Première Guerre mondiale, puis pour la dernière fois en 2012-2013.