A igreja de Santa Maria de Marvila resulta, provavelmente, da refundação de uma antiga mesquita da medina de Santarém, datando dos tempos da Reconquista cristã, e depois (1159) doada por D. Afonso Henriques à Ordem dos Templários. Aparentemente, o templo teve como designação original a de Santa Maria de Santarém, o que atesta da sua primazia sobre as restantes igrejas da cidade, nomeadamente sobre a Igreja de Santa Maria da Alcáçova. Na sequência da sua cristianização, foi totalmente reconstruída em meados do século XIII (CUSTÓDIO, 1996, p. 94), num estilo gótico do qual pouco resta hoje em dia. A igreja templária foi acrescentada de rendimentos e benesses pelo bispo de Lisboa, D. Aires Vasques, em 1244, integrando então uma colegiada e passando a intitular-se justamente Colegiada de Santa Maria de Marvila.
O conjunto sofreu total reforma e ampliação no princípio do século XVI, patrocinada pelo vice-rei da Índia D. Francisco de Almeida, e concluída em c. 1530. Embora tenha sofrido nova intervenção por iniciativa de D. João III, é a obra manuelina, apesar de algo alterada posteriormente, que mais sobressai; aí se inclui o portal principal, com elementos naturalistas, fabulosos e festivos em talhe "gordo", os alçados laterais com janelas de arco quebrado, os arcos de acesso ao coro e à capela baptismal, e a cabeceira constituída pela Capela-mor aberta por arco triunfal polilobado, simulando uma elegante cortina drapeada, e duas capelas laterais, todas com abobadamento nervurado com artesões. Os bocetes da abóbada da Capela-mor são decorados com emblemas de D. Manuel, a cruz da Ordem de Cristo e as esferas armilares da sua empresa, e ainda, no bocete central, com o escudo das 5 quinas, régio e de Portugal. As capelas laterais abrem para o transepto através de arcos góticos, parcos vestígios (juntamente com as portas do coro e do baptistério) da construção original. Da campanha joanina, já renascentista, resultou a reforma geral do interior, de três naves divididas por arcos plenos assentes em colunas clássicas de capitéis jónicos, e ainda as portas laterais, com frontões triangulares.
Em 1876 foi demolida a torre, coroada de alto coruchéu piramidal, e portanto ainda resultante da campanha manuelina (SERRÃO, 1990, p. 53), realizada sobre estrurura gótica e prováveis fundamentos mouriscos (CUSTÓDIO, 1996, p. 95). Com ela desapareceram os arcosólios góticos da base, que abrigavam duas arcas tumulares, uma das quais se pode ver hoje no Museu Municipal da cidade.
Além da estrutura e decoração do início de Quinhentos, que faz do templo o mais importante testemunho do Manuelino em Santarém (SERRÃO, 1990, pp. 53-54), a igreja conserva ainda um riquíssimo património azulejar seiscentista, executado entre 1617 e 1642, em enxaquetado azul e branco e em composições de "tapete" azul e amarelo, que o levou a receber a designação de "catedral do azulejo".
A igreja conta ainda com imaginária diversa, entre quadrinhos de devoção mariana, púlpito de mármore de finais do século XVII, duas pias de água benta, de lavor quinhentista, lajes tumulares com inscrições, a lápide tumular da capela do Santíssimo, com motivos heráldicos e pertencente ao dr. Paulo de Pedrosa Meireles, desembargador do arcebispado de Lisboa e vigário de Marvila e de Santarém, fundador da dita capela, e falecido a 27 de Novembro de 1663, e ainda diverso mobiliário e paramentaria. A sacristia tem tecto decorado com ornatos a azul e a vermelho, datados de 1690, e um silhar de azulejos ainda seiscentistas. Perdido o retábulo da Capela-mor, maneirista, na sequência das invasões francesas, encontra-se agora no seu lugar uma tela de Fuschini, pintor da Ajuda, alusivo à Assunção da Virgem (CUSTÓDIO, 1996, p. 97).

Decreto n.º 3 318, DG, I Série, n.º 144, de 27-08-1917 (ver Decreto)