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Prende il nome dalla famiglia Martorelli, quella del giurista Pier Filippo (XV secolo), che operò anche a Firenze ed a Roma, ove entrò nelle grazie della potente famiglia Orsini, che ebbe due Papi e 32 Cardinali. Gli fu addirittura consentito usarne il cognome.
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.
Nel 1800 ospitò il Tribunale, poi uffici comunali e di aziende municipalizzate. Ora è in ristrutturazione.