Богослужебное использование мартиролога могло быть связано с обычаем поминать апостолов и мучеников во время анафоры (римский канон мессы, разделы «Communicantes» и «Nobis quoque»). Однако литургическая функция ранних мартирологов, прежде всего, Мартиролога Иеронима Стридонского, остаётся под вопросом. Согласно гипотезе Ф. Лифшиц, создание Мартиролога Иеронима Стриджонского было связано с «культом имён святых», который франкские монахи противопоставляли почитанию икон и реликвий. По мнению исследовательницы, обычай поминать святых во время евхаристического богослужения оказал влияние на появление литаний с именами святых в последнюю четверть VIII в. Тем не менее, нет у исследователей надёжных свидетельств о чтении мартиролога во время богослужения до эпохи Каролингов. В «Сакраментарии Гелесия» (VII–VIII вв.) засвидетельствован обычай зачитывать народу имена святых, память которых совершалась в день богослужения. Согласно «Ordo Romanus XVII», составленному в конце VIII в. в королевстве франков, в монастырях во время воскресной мессы, перед причащением мирян, диакон объявлял имена святых, поминовение которых совершалось на следующей неделе, «в соответствии с мартирологом» («qualis euenit secundum martirilogium»). Впоследствии сложился монастырский обычай объявлять имена святых во время службы первого часа. В постановлении Ахенского Собора (10 июля 817 г.) упоминается о чтении мартиролога на капитуле перед чтением устава или гомилии («ad capitulum primitus martyrologium legatur»). В предисловии к Мартирологу Рабана Мавра говорится о ежедневном чтении кратких сведений о святых, поминавшихся во время богослужения. Каноники кафедрального собора в Меце приспособили для литургического использования бернскую рукопись Мартиролога Иеронима Стридонского. В настоящее время Римский Мартиролог читается в конце службы laudes, хотя при необходимости можно читать его во время какой-либо другой службы суточного круга. В монастырях и коллегиальных церквах мартиролог читается на капитуле или во время трапезы.