Die Gruppe der zwölf Apostel auf dem Altar im Chorraum stammt aus der Werkstatt des "Meisters von Osnabrück" (1520/1).
In der Zeit ihrer Entstehung bildete sich eine neue persönliche und von innen heraus gelebte Frömmigkeit, die zu einer neuen Glaubenshaltung und letztendlich zur Reformation führte.
Zahlreiche Epithaphien aus der Zeit nach der Reformation erinnern an Persönlichkeiten aus Stadt und Kirche, so z.B. dasjenige für Hilmar von Münchhausen (1512-1573) und seine Ehefrau Lucia von Reden (gest. 1583).
Der durch Feldzüge reich gewordene Landsknechtsführer wurde ein bedeutender Bauherr der Weserrenaissance und war zuletzt Gouverneur der Grafschaft Hoya.
Die beiden Buntglasfenster hinter dem Altar wurden von W. und H. Brenneisen angefertigt. Eingebettet in Darstellungen aus dem Leben Jesu zeigen sie den Kirchenpatron St. Martin, wie er seinen Mantel teilt (linkes Fenster) und als Bischof (rechtes Fenster).
Die Jann-Orgel wurde 1997 installiert. Sie verfügt über drei Manuale und Pedalwerk, 38 Register mit 2411 Pfeifen.
Die Darstellung des Heiligen Christophorus gehört neben den Deckenmalereien zur Erstaustattung der spätgotischen Kirche und befindet sich in der Nähe eines ehemaligen Eingangs. Sie erinnert daran, dass wegen der Lage Nienburgs an mehreren großen Straßen und einem bedeutenden Weserübergang viele Pilger und Reisende hier um den Beistand des Heiligen beten.
