Nessun altro artista della sua epoca dipinse così tante versioni della Madonna e del Bambino come El Greco, eppure Madonna e Bambino con Santa Martina e Santa Agnese si distingue per l'accoppiamento della Vergine con due sante femminili raramente viste insieme. Le origini del dipinto sono avvolte nell'incertezza: la sua data, la posizione originale e il committente sono tutti oggetto di dibattito tra gli studiosi, e non è emersa alcuna documentazione contemporanea. Ciò che è certo è che l'insolita iconografia dell'opera ha suscitato speculazioni: era destinata a una cappella privata dedicata a queste sante, o forse commissionata da un committente con una speciale devozione verso di esse? Al centro della tela, la Madonna è seduta su un trono, la sua figura allungata e le drappeggiature vorticosi sono inconfondibilmente El Greco.

Lei guarda in basso verso il Bambino Cristo, che benedice lo spettatore con un gesto sia tenero che solenne. Alla sua destra si trova Santa Martina, che tiene una palma di martirio e un leone ai suoi piedi, un cenno alla sua leggendaria sopravvivenza nell'arena. A sinistra c'è Santa Agnese, identificata dall'agnello che abbraccia, simbolo della sua purezza e sacrificio.

La composizione è carica di energia verticale, le figure si elevano in una colonna di luce contro un cielo tempestoso, un espediente che El Greco usava spesso per suggerire un'ascesa spirituale. Rispetto alle serene Madonne di Raffaello, qui le sante sono inquieti, le loro forme quasi in fiamme con fervore interiore. La storia successiva del dipinto è tanto enigmatica quanto le sue origini.

Non è stata attribuita fermamente a El Greco fino al XX secolo, quando gli studiosi riconobbero il suo caratteristico tratto di pennello e la palette di colori. L'opera ha cambiato più volte proprietario, passando attraverso collezioni private prima di entrare in un grande museo. Oggi è considerata un esempio tardivo dello stile maturo di El Greco, contraddistinto dalle sue allungamenti caratteristici e dai colori visionari.

Il suo accoppiamento di due martiri femminili accanto alla Vergine rimane unico nella sua opera, offrendo uno sguardo sui gusti devozionali della Spagna della fine del XVI secolo e sui misteri duraturi delle commissioni di El Greco.