Die erste Nennung Plieningens geht auf das Jahr 1142 zurück. Doch geht man davon aus, dass der Ort deutlich älter ist. Ein Indiz dafür ist die Martinskirche, welche nach dem heiligen Martin von Tours benannt ist, dem Schutzheiligen der Franken. Verschiedene Quellen schreiben, dass bereits um das Jahr 600 eine erste Kirche, damals noch aus Holz, an diesem Standort errichtet wurde.
Die evangelische Martinskirche in Plieningen kann sicherlich als eines der besonderen und vor allem wenigen Zeugnisse mittelalterlicher Baukunst auf Stuttgarter Gemarkung gesehen werden. Das romanische Langhaus mit den Rundbogenfenstern, der älteste Teil dieses Kirchenbaus, stammt aus der 2. Hälfte des 11. Jahrhunderts. Die in die Fassade eingearbeiteten zierlichen Halbsäulen tragen Rundbogenfriese, welche im Wechsel von einem Widderkopf und einem Menschen getragen werden.
Zu beachten gelten an diesem Bauteil vor allem die unauffälligen Reliefplatten unterhalb des Dachgesimses. Auch wenn man erkennen kann, was sie jeweils darstellen, so bleibt deren Bedeutung teils bis heute ungeklärt. Besonderes Augenmerk sollte man der Reliefplatte an der Nordseite neben dem Turm widmen. Sie zeigt die Mantelspende des Heiligen Martin mit dem Stifterpaar der Kirche, Welf VI. und seiner Frau Uta von Calw. Bemerkenswert hierbei sei noch erwähnt, dass eben jener Stifter, Welf IV., auch zu den Geldgebern des Baus der Stiftskirche zählte.
Der plastische Fassadenschmuck romanischen Ursprungs, die Reliefplatten unter dem Dachgesims, wie auch die Rundbogenfriese, gelten heute als einzigartig im Stuttgarter Raum.
Aus der spätgotischen Zeit, genauer in den Jahren 1493 bis 1517 stammen der Turm, die Treppenhäuser und die Sakristei. Zu dieser Zeit hat man in den Bau des Kirchenschiffs auch die heute noch vorhandenen Spitzbogenfenster und im Inneren den Polygonalchor mit einem Netzgewölbe eingearbeitet. Der Kirchenbau hatte bereits deutlich früher einen ersten Turm erhalten, um 1299, doch ist dieser 1443 niedergebrannt.
Das bis heute den alten Ortskern Plieningens prägende wuchtige Zeltdach des Turms wurde im 18. Jahrhundert aufgesetzt. In ihm hängen drei Kirchenglocken, die älteste stammt aus dem Jahr 1582.
Später wurde der Kirchenbau mit barocken Elementen verziert. Diese wurden durch Heinrich Dolmetsch Ende des 19. Jahrhunderts regotisiert.
Im Inneren zieren neben verschiedenen Heiligenfiguren unter anderen drei Wappen die Decke des Kirchenschiffs. Zu sehen ist das Ortswappen Plieningens mit drei weißen Rosen, das Wappen des Königsreichs Württemberg und das des Zisterzienserklosters Bebenhausen.
Im die Kirche umfassenden kleinen Kirchgarten ist an der Südseite ein Ehrenmal zum Gedenken der Opfer des 2. Weltkrieges aufgestellt. Auf dieser Seite grenzt die Kirche direkt an den Mönchhof mit der historischen Zehntscheuer und dem Mönchhofbrunnen.
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