Prende il nome dalla famiglia Martorelli, quella del giurista Pier Filippo (date non note, nato inizio 1400  - morto dopo il 1489). Figlio di Ambrogio Martorelli fu servitore di due Papi: Callisto III, Alfons de Borja y Cabanilles (Papa dal 1455 al 1458, che lo nominò Cavaliere nel 1456) e Pio II, Enea Silvio Bartolomeo Piccolomini (Papa dal 1458 al 1464).

Giurista, specializzato in Diritto Canonico, fu Giudice ad Amelia, poi Capitano a Cerreto, podestà a Cascia e Fermo, quindi Governatore di Viterbo ed Orvieto, Podestà di Ascoli, di Firenze e di Spoleto (nel 1477), infine, dal 1489, Senatore a Roma.

Fu molto legato alla famiglia Orsini (che ha avuto due Papi e 32 Cardinali), in particolare a Latino Orsini, che gli concesse di abbinare il proprio cognome, cosicché la famiglia, dopo il 1475, si chiamò "Martorelli Orsini".

Il palazzo è molto semplice nell'affaccio su Piazza del Mercato, ma più pregiato verso Via Saffi. Il cortile ha fontana e pozzo ed è contornato da logge sovrapposte. Proviene dalla unione di due palazzi attigui, unione che chiuse un vicolo che portava a via di Visiale.

Dal 1799 ospitò il Tribunale, poi uffici comunali e di aziende municipalizzate. Ora, dopo la ristrutturazione (dal 2006 al 2014), di nuovo ospita uffici giudiziari.