Entre mayo de 1541 y finales de 1543, los españoles que se habían asentado en el valle de Guayangareo y los esclavos e indios que les acompañaban, fundado con el nombre de Ciudad de Michoacán, eran atendidos por algunos de los hermanos franciscanos que atendían a Charo o a los de Tarímbaro, pero no tenían un miembro del clero regular o secular para sus necesidades religiosas.

Entre 1543 y 1579, ya existía una primitiva capilla y un convento hecho de materiales endebles, es decir, no duraderos, tales como adobes, fibras vegetales y madera. Con la refundación de la ciudad que se dio entre 1579 y 1581, se crecieron la cantidad de españoles en el área, se mudaron otras órdenes religiosas y hubo mayor cantidad de mano de obra, por los corregimientos llevados a cabo entre 1580 y 1620. Gracias a este detonante de capital humano, fue posible que entre 1585 y 1610 se llevaran a cabo obras tales como la construcción de un edificio con materiales duraderos, y para ello se aprovechó la cantera al norte del valle. No obstante, permaneció inconclusa su torre hasta 1948, motivo por el cual se le conocía al templo como ‘San Francisco Torresmochas’.

En los siglos XVII y XVIII, y parte del siglo XIX, el aspecto del conjunto franciscano cambió en algunas características, pero tuvo su barda atrial, con sus puertas laterales, además de las 14 capillas votivas empotradas en la misma barda, que rodeaban el cementerio y el atrio, que abarcaban el área de la plaza Valladolid actual.

Con las leyes de reforma y la intervención de los bienes del clero, a partir de 1859 se dividieron las huertas y propiedades de la Iglesia, es decir del clero secular y también del regular. El cementerio de la orden fue clausurado, y en su lugar se construyó una plaza.

Hacia 1872 se construyó un mercado en la plaza que quedó en el lugar del cementerio y la Tercera Orden, y éste fue remodelado posteriormente. Este mercado originalmente se ubicaba en la Plaza de la Paz, o sea la Plaza Melchor Ocampo, que originalmente se le conocía como plaza de las obras de la catedral, ó simplemente atrio y cementerio de catedral, por su proximidad con el muro atrial y el cementerio. Este mercado existió en la plaza Constitución desde 1872 hasta 1971, en que se reubicó en el Mercado Independencia, al sur de San Francisco. A partir de entonces existe la Plaza Valladolid, diseñada por el Arquitecto Manuel González Galván.

Durante los años 80s y 90s del siglo XX, la plaza estuvo invadida por comerciantes con puestos semifijos y ambulantes, primero con artículos artesanales, y luego con productos de contrabando conocido popularmente como fayuca. El año 2001 sorpresivamente el ejército retiró a todos los ambulantes del centro histórico de la ciudad, reubicándolos en plazas creadas a propósito. A partir de entonces, la plaza ha sido escenario de diversas actividades comerciales y culturales, como conciertos, puestas en escena, ferias de diversos alimentos típicos de Michoacán, etc. El templo y la plaza forman parte del plan luz, con iluminación escénica.