Sotto la chiesa attuale sono state ritrovate tracce di un edificio religioso paleocristiano (V-VI secolo) e quindi di una chiesa altomedievale di minori dimensioni (VIII-IX secolo).

Una chiesa di Santa Maria venne consacrata nel 1180. Una nuova fase costruttiva, di impianto tardo-romanico, inizia nel XIV secolo. Nella seconda metà dello stesso secolo il cantiere continua in forme gotiche ad opera dei costruttori augustiani Martin e Peter Schiche. Ad essi si deve il cosiddetto "Leitacher Törl" (Porticina del vino), lungo il fianco settentrionale della chiesa, adorna di statue e decorazioni a traforo, presso la quale era consentita la vendita del vino.

L'attuale campanile tardo-gotico venne terminato nel 1519 dallo svevo Hans Lutz von Schussenried, artista a cui si deve anche il pulpito con i rilievi dei Padri della Chiesa all'interno, nella navata principale.

Gran parte degli affreschi e degli arredi medievali sono andati perduti: nella cappella delle Grazie, costruita nel XVIII secolo quale allungamento del coro gotico ad ambulacro, si trova una statua romanica raffigurante la Madonna della Palude. La leggenda vuole che la chiesa sia sorta sul luogo del suo miracoloso ritrovamento.

Affreschi gotici si conservano nella navata meridionale e forniscono una carrellata sintetica della ricca stagione della pittura trecentesca bolzanina: dal ciclo di Santa Margherita, in stile gotico-lineare, al San Venceslao, testimonianza della ricezione del primo giottismo (1320-1325), alle Storie di Urbano V, già della seconda metà del secolo, per giungere alla fine del Trecento con gli affreschi veronesi raffiguranti la Psicomachia, San Martino ed il povero e l'Adorazione dei Magi.

Sotto l'arco di trionfo si trova uno splendido Crocifisso doloroso in legno, forse proveniente dalla chiesa dei Domenicani, anch'esso del Trecento.