Un quartier périphérique gaulois… 

Les occupations les plus anciennes, d'époque gauloise, ont été repérées sur toute la frange nord de la place. Elles sont très altérées par les aménagements postérieurs. Trois phases d'occupation ont été identifiées entre le II^e siècle et la fin du I^er siècle avant notre ère. Elles ont livré des vestiges d'habitats construits en terre et en bois, associés à des foyers et à des structures excavées (celliers, fosses d'extraction ou de travail pour le textile ou la vannerie). De nombreux fragments de vases de stockage ont été découverts, ainsi que de la vaisselle plus fine, avec des décors peints, et de multiples tessons d'amphores à vin provenant d'Italie. 

… et gallo-romain  

Sur une grande partie de la place du Martroi et rue d'Illiers, à l'ouest, des niveaux de cailloutis damé sont installés au début du I^er siècle de notre ère. Ils peuvent correspondre à l'aménagement d'une voie ou d'une place. 

Au nord, des constructions en pierre et en matériaux périssables sont mises en place à la même période. Certaines possèdent des caves et des puits. L'utilisation de cet espace comme habitat est attestée au moins jusqu'au III^e siècle, voire au IV^e siècle de notre ère.

Trois fosses seulement ont pu être rattachées au IX^e siècle et au début du X^e siècle. L'espace n'est pourtant pas dépeuplé à cette époque, car, à moins de 100 m du site, deux églises sont signalées par les sources écrites. L'une, située au sud-est de la place et dédiée à saint Sulpice, est mentionnée pour la première fois dans les archives en 855 ; elle a aujourd'hui disparu. L'autre, située à l'est du site, est placée sous le vocable de Saint-Pierre-Ensentelée (aujourd'hui Saint-Pierre-du-Martroi) ; elle est connue dès 930.

L'espace compris entre l'actuelle place du Martroi, l'actuelle église Notre-Dame-des-Miracles (autrefois église Saint-Paul) et la Loire est communément nommé le quartier Dunois, en référence à sa position géographique ouvrant la ville au nord-ouest, sur le pays de Châteaudun. 

Sur la place du Martroi, plusieurs vestiges (niveaux de sols construits, caves et fosses dépotoirs) témoignent de l'aménagement d'un espace urbanisé au XIII^e–début XIV^e siècle.

Cet espace est fortement altéré par la construction de la nouvelle enceinte de la ville dans le courant du XIV^e siècle. La place du Martroi correspond alors à l'emplacement de la porte monumentale aménagée de pair avec le système défensif, la Porte Bannier. Par rapport à l'enceinte, cette porte déborde vers l'extérieur (des vestiges sont visibles dans l'actuel parking souterrain). Elle abrite un pont-levis qui, une fois abaissé, repose sur le pont-dormant, de l'autre côté du fossé de la ville. Celui-ci est large de 20 m au maximum et ouvert sur 7 m de profondeur. 

L'ensemble du système défensif est complété par un fossé en arc de cercle, nommé « boulevard », qui protège l'accès au pont depuis l'extérieur. Les comptes de la ville au XV^e siècle font souvent allusion à l'entretien de cette porte, comme des autres ouvrages fortifiés de la ville. 

La courtine (portion de rempart entre deux tours) relie la Porte Bannier à la tour du Heaume située à l'est. Des vestiges en sont encore conservés sous l'immeuble du n° 7 place du Martroi.

Les sources écrites décrivent un quartier réputé pour ses commerces de boucherie et de triperie, et son artisanat du textile. Les fouilles ont également révélé la présence d'un ou plusieurs cordonnier(s) grâce à la découverte d'abondants déchets de taille du cuir. La prospérité du quartier, dès le XIII^e siècle, explique la mise en place de la fortification au XIV^e siècle.  

Après la guerre de Cent Ans, la ville croît encore et l'enceinte du XIV^e siècle s'avère trop étroite. Une nouvelle enceinte est donc construite au niveau des actuels boulevards Jean-Jaurès, Rocheplatte et Alexandre-Martin. La précédente muraille est tantôt incluse dans le tissu urbain, tantôt démantelée. 

L'espace gagné par le comblement du fossé est, dans les dernières décennies du XVe siècle, alloué à un marché au blé. Diverses maisons sont bâties et habitées en ce lieu jusqu'au milieu du XVIII^e siècle. Autour de l'église Saint-Pierre-Ensentelée se développe un cimetière. 

Au XVIII^e siècle, la place acquiert la physionomie qu'elle a aujourd'hui, prolongeant la rue Royale. La statue équestre en bronze de Jeanne d'Arc, qui se dresse en son centre, date de 1855. Elle est l'œuvre de Foyatier et Vital-Dubray.

Emilie Roux