Faits:
A. A._ et B._ sont propriétaires des parcelles 2071 et 2072 de la commune de St-Martin, dans le canton de Fribourg. D'une surface respective de 3'205 m2 et 2'000 m2, ces terrains, situés le long de la route principale à la sortie nord du village de Besencens, sont construits de fermes doubles à granges contiguës.
Dans le cadre de la révision générale du plan d'aménagement local (ci-après: le PAL) de l'ancienne commune de Besencens, mis à l'enquête publique en avril 2003, le planificateur local avait décidé de maintenir en zone agricole les parcelles des époux A._ et B._. L'opposition des propriétaires, qui désiraient voir leurs terrains colloqués en zone à bâtir, avait été rejetée par la commune. Sur recours, la Direction cantonale de l'aménagement, de l'environnement et des constructions (ci-après: la Direction cantonale) avait confirmé la solution communale le 7 juillet 2004.
Par arrêt du 23 décembre 2004, le Tribunal administratif du canton de Fribourg (actuellement et ci-après: le Tribunal cantonal) avait partiellement admis le recours des époux A._ et B._ et renvoyé la cause à la commune pour qu'elle intègre le bâtiment existant à la zone village. La cour cantonale avait notamment considéré que, dans la mesure où les parcelles en cause avaient une surface qui dépassait de beaucoup celle du bâtiment existant, il convenait de limiter la mise en zone village à une surface raisonnable autour de ce bâtiment.
B. A la suite de la fusion des communes de Besencens, Fiaugères et St-Martin, la nouvelle commune, qui porte le nom de St-Martin, a procédé à une révision générale de son PAL. S'agissant des terrains appartenant aux époux A._ et B._, et en exécution de l'arrêt du Tribunal cantonal du 23 décembre 2004, ceux-ci ont été affectés à la zone village à raison de 1'630 m2 pour la parcelle 2071 et 320 m2 pour la parcelle 2072, de manière à permettre la transformation à des fins d'habitation de l'ensemble du volume construit existant. Il ressort du rapport explicatif d'octobre 2008, qu'à l'instar des parcelles voisines, la surface retenue pour la zone village permet éventuellement une deuxième construction en bordure de route, mais en exclut une deuxième en profondeur.
Les époux A._ et B._ se sont opposés au projet de PAL, requérant pour l'essentiel que leurs parcelles soient affectées en totalité en zone village, subsidiairement à raison de 2'500 m2 pour la parcelle 2071 et 1'500 m2 pour la parcelle 2072. Leur opposition a été levée le 11 août 2009.
Par décision du 25 juillet 2011, la Direction cantonale a rejeté le recours formé par les époux A._ et B._ contre la décision communale du 11 août 2009. Ceux-ci ont porté leur cause devant le Tribunal cantonal qui, par arrêt du 30 mars 2012, a également rejeté leur recours. Les juges cantonaux ont considéré en substance que la Direction cantonale avait correctement exercé son pouvoir d'examen et qu'il n'y avait pas d'inégalité de traitement en l'espèce.
C. Agissant par la voie du recours en matière de droit public, A._ et B._ demandent au Tribunal fédéral de réformer l'arrêt du Tribunal cantonal du 30 mars 2012 en ce sens que la totalité des surfaces des parcelles 2071 et 2072 soit colloquée en zone de village, subsidiairement à raison de 2'500 m2 pour la parcelle 2071 et 1'500 m2 pour la parcelle 2072. A titre subsidiaire, ils concluent à l'annulation de l'arrêt attaqué et au renvoi de la cause au Tribunal cantonal pour nouvelle décision dans le sens des considérants.
Le Tribunal cantonal ainsi que la Direction cantonale n'ont pas d'observations à formuler et concluent au rejet du recours. La commune de Saint-Martin ne s'est pas déterminée.

Considérant en droit:
1. Dirigé contre une décision prise en dernière instance cantonale dans le domaine du droit public de l'aménagement du territoire, le recours est en principe recevable comme recours en matière de droit public conformément aux art. 82 ss LTF, aucune des exceptions prévues à l'art. 83 LTF n'étant réalisée. En tant que propriétaires des parcelles 2071 et 2072 comprises dans le périmètre du PAL modifié, les recourants sont particulièrement touchés par l'arrêt attaqué et disposent dès lors de la qualité pour recourir au sens de l'art. 89 al. 1 LTF.
Les autres conditions de recevabilité sont remplies si bien qu'il y a lieu d'entrer en matière.
2. Les recourants se plaignent tout d'abord d'une constatation inexacte et incomplète des faits.
2.1 Le Tribunal fédéral statue sur la base des faits établis par l'autorité précédente (art. 105 al. 1 LTF). Le recourant ne peut critiquer ceux-ci que s'ils ont été établis de façon manifestement inexacte - notion qui correspond à celle d'arbitraire au sens de l'art. 9 Cst. (<ref-ruling> consid. 4.3 p. 62) - ou en violation du droit au sens de l'art. 95 LTF (art. 97 al. 1 LTF), ce qu'il lui appartient d'exposer et de démontrer de manière claire et circonstanciée. La correction du vice soulevé doit en outre être susceptible d'influer sur le sort de la cause (art. 97 al. 1 LTF).
2.2 En l'espèce, les recourants reprochent au Tribunal cantonal d'avoir retenu arbitrairement que leurs parcelles étaient situées le long de la route principale, à la sortie nord du village de Besencens. Ils allèguent que leurs terrains ne marquent pas la sortie nord du village mais sont plutôt situés à proximité immédiate du centre. Contrairement à ce qu'ils soutiennent, l'arrêt attaqué n'affirme pas que leurs parcelles marquent la sortie du village, mais indique plutôt où elles se situent par rapport au centre. Il n'est de toute façon pas contesté que les biens-fonds en question ne se trouvent pas au coeur de la localité. Il apparaît que les explications avancées par les intéressés ne permettent pas de tenir pour arbitraire la constatation querellée; ceux-ci ne font en tout état de cause pas valoir qu'une éventuelle correction de l'arrêt sur ce point serait susceptible d'influer sur le sort de la cause.
Les recourants estiment par ailleurs que l'arrêt attaqué devrait être complété en ce sens que les bâtiments érigés sur leurs parcelles servent à l'habitation et n'ont plus vocation agricole. Ils n'expliquent toutefois pas en quoi cette omission serait constitutive d'arbitraire, pas plus qu'ils allèguent qu'elle aurait eu une incidence sur l'issue de la contestation.
Sur le vu de ce qui précède, il n'y a pas lieu de corriger ou compléter les faits retenus dans l'arrêt attaqué. Le Tribunal fédéral est par conséquent lié par ceux-ci conformément à l'art. 105 LTF et le grief doit être rejeté.
3. Au fond, les recourants dénoncent une mauvaise application des art. 15 et 16 LAT, en ce sens qu'il se justifiait, au regard de ces dispositions, d'affecter la totalité de leurs parcelles en zone à bâtir - subsidiairement de colloquer dans cette zone 2'500 m2 pour la parcelle 2071 et 1'500 m2 pour la parcelle 2072 - et de ne pas maintenir ces surfaces en zone agricole. Ils font valoir que leurs parcelles sont déjà bâties, qu'elles forment un groupement de constructions avec les parcelles voisines et qu'elles sont propres à la construction; au surplus, leurs terrains ne se prêteraient plus à l'agriculture et ne seraient pas nécessaires à une exploitation agricole.
3. Au fond, les recourants dénoncent une mauvaise application des art. 15 et 16 LAT, en ce sens qu'il se justifiait, au regard de ces dispositions, d'affecter la totalité de leurs parcelles en zone à bâtir - subsidiairement de colloquer dans cette zone 2'500 m2 pour la parcelle 2071 et 1'500 m2 pour la parcelle 2072 - et de ne pas maintenir ces surfaces en zone agricole. Ils font valoir que leurs parcelles sont déjà bâties, qu'elles forment un groupement de constructions avec les parcelles voisines et qu'elles sont propres à la construction; au surplus, leurs terrains ne se prêteraient plus à l'agriculture et ne seraient pas nécessaires à une exploitation agricole.
3.1 3.1.1 Aux termes de l'art. 15 de la loi fédérale du 22 juin 1979 sur l'aménagement du territoire (LAT, RS 700), les zones à bâtir comprennent les terrains propres à la construction qui sont déjà largement bâtis (let. a) ou qui seront probablement nécessaires à la construction dans les quinze ans à venir et seront équipés dans ce laps de temps (let. b). La notion de "terrains déjà largement bâtis" doit être comprise de manière étroite. Elle ne s'applique pas à n'importe quel groupe de constructions; il faut que l'on soit en présence d'un milieu bâti, qui présente les caractéristiques d'une "agglomération", avec les infrastructures habituelles ("Siedlungsstruktur"). Les critères à prendre en compte sont notamment le caractère compact de l'ensemble construit, les équipements, les liaisons avec les autres zones à bâtir ou l'infrastructure publique. Les constructions agricoles peuvent être exceptionnellement prises en compte; il ne suffit toutefois pas qu'un ensemble de maisons n'ait plus de fonctions agricoles pour qu'il réponde à cette définition (<ref-ruling> consid. 4.1 p. 223; <ref-ruling> consid. 5a p. 424 ; <ref-ruling> consid. 4d/da p. 451 et les arrêts cités). De même, le fait que des terrains disposent de l'équipement de base n'impose pas à lui seul leur classement en zone à bâtir (cf. <ref-ruling> consid. 3g p. 439 et les arrêts cités).
3.1.2 Les autorités en charge de l'aménagement du territoire bénéficient d'une importante liberté d'appréciation dans l'accomplissement de leurs tâches (art. 2 al. 3 LAT) et notamment dans leurs tâches de planification. Cette liberté d'appréciation n'est toutefois pas totale. L'autorité de planification doit en effet se conformer aux buts et aux principes d'aménagement du territoire tels qu'ils résultent de la Constitution (art. 75 Cst.) et de la loi (art. 1er et 3 LAT); elle doit également prendre en considération les exigences découlant de la législation fédérale sur la protection de l'environnement au sens large, les règles d'aménagement prévues par le droit cantonal, ainsi que tous les intérêts déterminants dans le cas d'espèce (<ref-ruling> consid. 4b p. 157).
Cette liberté d'appréciation implique qu'une mesure d'aménagement appropriée doit être confirmée; l'autorité cantonale de recours n'est pas habilitée à lui substituer une autre solution qui serait également appropriée. Elle implique aussi que le contrôle de l'opportunité (cf. art. 33 al. 3 let. b LAT) s'exerce avec retenue sur des points concernant principalement des intérêts locaux tandis que, au contraire, la prise en considération adéquate d'intérêts d'ordre supérieur, dont la sauvegarde incombe au canton, doit être imposée par un contrôle strict (<ref-ruling> consid. 3b/aa p. 242).
3.1.3 Le Tribunal fédéral s'impose une certaine retenue lorsqu'il s'agit de trancher de pures questions d'appréciation ou tenir compte de circonstances locales, mieux connues des autorités cantonales; le Tribunal fédéral n'est pas l'autorité suprême de planification et doit respecter le pouvoir de détermination des autorités cantonales (<ref-ruling> consid. 4.3 p. 415 s.; <ref-ruling> consid. 3a p. 366 et la jurisprudence citée dans ces arrêts).
3.2 En l'espèce, il ressort du dossier que les parcelles 2071 et 2072 se situent dans le secteur "Clos à Bordon", sis entre le centre de Besencens et le secteur "La Jailla". Le projet de PAL d'avril 2003 maintenait ces parcelles intégralement en zone agricole. Dans son arrêt du 23 décembre 2004, le Tribunal cantonal avait toutefois considéré qu'il n'était pas soutenable de refuser la mise en zone à bâtir de la ferme des recourants, bâtiment à vocation non agricole et nettement plus proche du centre du village, dans la mesure où la commune avait estimé judicieux de définir la limite du village de Besencens dans le secteur de "La Jailla" et de classer ce dernier en zone à bâtir. Les parcelles des recourants ayant une superficie qui dépasse de beaucoup celle du bâtiment existant, il convenait cependant de limiter la mise en zone village à une surface raisonnable autour du bâtiment; il appartenait à la commune d'effectuer une délimitation. Cette dernière a ainsi décidé d'affecter à la zone village une surface de 1'630 m2 pour la parcelle 2071 et de 320 m2 pour la parcelle 2072.
Le 25 juillet 2011, la Direction cantonale a confirmé la décision de la commune, estimant que l'étendue de la mise en zone adoptée était justifiée par des motifs valables d'aménagement du territoire et apparaissait opportune. En particulier, la profondeur de la mise en zone sur les parcelles 2071 et 2072 était alignée sur le parcellaire de l'article 2149 contigu à l'article 2072. Une telle délimitation était judicieuse et cohérente au vu du secteur considéré et de la volonté communale de ne pas permettre la réalisation d'un second rang de constructions. Ce choix communal se justifiait également au regard de la localisation des parcelles, éloignées du centre où se situe l'école, et de la volonté de la commune de St-Martin qui ne souhaitait pas se développer dans le secteur de Besencens.
Avec le Tribunal cantonal, on peut relever que la Direction cantonale a examiné la planification litigieuse en respectant les règles énoncées au consid. 3.1 ci-dessus. Se fondant sur les options d'aménagement jugées raisonnables du planificateur local, elle a constaté que le choix de ce dernier d'exclure un deuxième rang de bâtiments était parfaitement défendable. N'ayant aucun motif pour remettre en cause la décision communale, qui s'inscrivait dans le cadre défini par l'arrêt du 23 décembre 2004, elle ne pouvait que confirmer la décision litigieuse.
3.3 Les griefs relatifs aux art. 15 et 16 LAT sont infondés. C'est en effet en vain que les recourants allèguent que, puisque leurs parcelles sont constructibles - ce qui n'est pas contesté -, elles devraient être entièrement colloquées en zone à bâtir. Ils perdent de vue que leurs parcelles sont actuellement entièrement classées en zone agricole et qu'ils n'ont aucun droit à un classement en zone à bâtir (cf. ALEXANDRE FLÜCKIGER/STÉPHANE GRODECKI, Commentaire LAT, n. 48 ad art. 15 LAT). L'application des critères de la LAT n'implique pas non plus un tel classement. Au vu des circonstances locales (zone de hameaux) et de la volonté de la commune de St-Martin de ne pas se développer dans le secteur de Besencens, une affectation en zone à bâtir de la totalité de la superficie des parcelles en cause, qui dépasse de beaucoup celle du bâtiment existant, ne s'impose pas; la définition de la zone à bâtir prévue par le planificateur local, qui visait notamment à restreindre les constructions en bordure de route, perdrait alors sa cohérence. Par conséquent, le maintien en zone agricole d'une partie de ces bien-fonds est conforme au droit fédéral (cf. FLÜCKIGER/GRODECKI, op. cit., n. 29 ad art. 15 LAT ). Au demeurant, il ne suffit pas que la ferme des recourants n'ait plus de fonction agricole, ni que leurs terrains disposent de l'équipement de base, pour qu'ils soient colloqués en zone à bâtir. Le maintien de certaines surfaces en zone agricole n'a pas uniquement pour but d'assurer l'approvisionnement du pays, mais sert également à sauvegarder le paysage et assurer l'équilibre écologique (art. 16 al. 1 LAT), ainsi qu'à distinguer le milieu bâti du milieu non bâti, principe fondamental en droit de l'aménagement du territoire (FLÜCKIGER/GRODECKI, op. cit., n. 27 ad art. 15 LAT; ALEXANDER RUCH, Commentaire LAT, n. 14 et 18 ss ad art. 16 LAT). En l'occurrence, le maintien d'une partie des parcelles des recourants en zone agricole paraît également particulièrement opportun pour empêcher les constructions en second rang et pour mettre en valeur la ferme de 1842, dont la mise sous protection n'est plus contestée devant le Tribunal fédéral.
3.4 Dans ses conditions, il apparaît que la planification communale, fondée sur des motifs objectifs, est conforme à la LAT. Le Tribunal cantonal n'était par conséquent pas habilité à lui substituer une autre solution, qui aurait mieux convenu aux recourants. Ceux-ci ne font de toute façon pas valoir, et ce à juste titre, que les juges cantonaux auraient excédé leur pouvoir d'appréciation. Mal fondé, le recours doit être rejeté sur ce point.
4. Dans un dernier grief, les recourants invoquent le principe de l'égalité de traitement.
4.1 Une décision viole le droit à l'égalité de traitement lorsqu'elle établit des distinctions juridiques qui ne se justifient par aucun motif raisonnable au regard de la situation de fait à réglementer ou lorsqu'elle omet de faire des distinctions qui s'imposent au vu des circonstances (<ref-ruling> consid. 2a in fine p. 168 et les arrêts cités). Ce principe n'a qu'une portée réduite dans l'élaboration des plans d'affectation, parce que l'analyse comparative des parcelles considérées isolément est remplacée par un examen plus large, celui des motifs justifiant des différences de classement dans la cohérence du plan dans son ensemble et dans la concrétisation qu'il donne sur le terrain aux buts, principaux et objectifs, de l'aménagement du territoire (PIERRE MOOR, Commentaire LAT, n. 42 ad art. 14; <ref-ruling> consid. 6c p. 162 et les références citées). Il est en effet dans la nature même de l'aménagement local que la délimitation des zones crée des inégalités et que des terrains de mêmes situation et nature puissent être traités différemment en ce qui concerne tant leur attribution à une zone déterminée que leur possibilité d'utilisation. Du point de vue constitutionnel, il suffit que la planification soit objectivement soutenable, c'est-à-dire qu'elle ne soit pas arbitraire (<ref-ruling> consid. 6e/bb p. 249 et les arrêts cités).
4.2 En l'espèce, les recourants allèguent que toutes les autres parcelles situées dans le même secteur ont été intégralement colloquées en zone à bâtir, alors que le classement en zone de village se limite à plus de la moitié pour la parcelle 2071 et à environ 15 % pour la parcelle 2072. Les indications des recourants ne permettent pas de déterminer si les parcelles incriminées se situent à proximité immédiate des leurs ou sont plus proches du centre de Besencens. Quoi qu'il en soit, le Tribunal cantonal a constaté que, dans le secteur de Besencens, la limitation à un rang de constructions n'avait pas pour effet de discriminer les recourants. En effet, même si les parcelles des autres propriétaires concernés étaient affectées dans leur totalité en zone village, le tissu bâti et la configuration des parcelles ne leur permettaient pas, en principe, de construire sur une deuxième profondeur. Il ne saurait dès lors y avoir d'inégalité de traitement. Au surplus, comme il a été vu au consid. 3.2 ci-dessus, la planification litigieuse n'apparaît pas, compte tenu de la marge d'appréciation laissée aux autorités communales et cantonales dans ce domaine, dénuée de toute pertinence au regard des principes de l'aménagement du territoire qui doivent dicter le choix des autorités de planification dans la délimitation des zones. Le présent grief doit par conséquent être écarté.
5. Les considérants qui précèdent conduisent au rejet du recours, aux frais des recourantes qui succombent (art. 65 et 66 al. 1 LTF). La commune de St-Martin et la Direction cantonale n'ont pas droit à des dépens (art. 68 al. 3 LTF).

Par ces motifs, le Tribunal fédéral prononce:
1. Le recours est rejeté.
2. Les frais judiciaires, fixés à 3'000 fr., sont mis à la charge des recourants.
3. Le présent arrêt est communiqué au mandataire des recourants, à la Commune de Saint-Martin, à la Direction de l'aménagement, de l'environnement et des constructions et au Tribunal cantonal du canton de Fribourg, IIe Cour administrative.
Lausanne, le 8 octobre 2012
Au nom de la Ire Cour de droit public
du Tribunal fédéral suisse
Le Président: Fonjallaz
La Greffière: Mabillard