A mediados del siglo XIV, se construyeron los cimientos del templo original, de estilo gótico pero de dimensiones más reducidas, que se hallaba en el mismo lugar que el edificio actual. Con el asalto de la ciudad bajo el mando de Barbarroja, el edificio quedó muy dañado y en siglo XVIII un rayo acabó por deteriorarlo totalmente. Así, no fue hasta 1748, durante la dominación británica, cuando se construyó el templo que ahora podemos admirar.

Su interior es de inspiración neoclásica; tiene una nave única con bóveda de crucería y capillas laterales. La iglesia se caracteriza por sus bellas fachadas; la principal se abre al llamado Pla de sa Parròquia, punto donde se celebran fiestas y procesiones. La fachada oriental esta orientada a la Plaça de la Conquesta, donde se levanta una estatua en honor al rey Alfons III, que anexionó la isla al reino de Aragón. El conjunto es de estilo neoclásico y posee un portal de tipo gótico con una imagen de la Virgen María en el tímpano.

Además, nos encontraremos con un elemento excepcional; su monumental órgano, construido entre 1807 y 1810 por el suizo Juan Kyburz, de gran calidad instrumental y artística. Está considerado como una auténtica joya en su categoría al poseer cuatro teclados con 3.006 tubos sonoros, de los que 197 son de madera y el resto de metal. La Fundación del Órgano de Santa María de Maó promueve conciertos de música clásica.