La iglesia de Santa María entra en la historia en el siglo XI subordinada de la iglesia de San Pedro, dependientes ambas del monasterio de Montearagón, en Huesca. La iglesia de Olite fue donada por el monarca de Pamplona y Aragón Sancho Ramírez en 1093 a Montearagón. Esa dependencia se mantuvo, compartida con la diócesis de Pamplona, hasta 1851, fecha del Concordato entre el Estado y el Vaticano.
A comienzos del siglo XV Santa María fue adquiriendo entidad y protagonismo contando con vicario propio y consiguiendo el rango de parroquia. Ambas iglesias constituyeron un único cabildo hasta 1851, momento en que pasaron a ser dos parroquias diferenciadas.
Adosada al Palacio Real la iglesia fue utilizada por los monarcas navarros en las grandes festividades y actos solemnes. Aquí se celebraron Cortes del reino, bautizos, bodas y velatorios reales. Los monarcas navarros de la dinastía de Evreux Carlos II y Carlos III la favorecieron con donativos, erigieron altares y fundaron capellanías y cofradías, y la reina doña Blanca construyó el claustro en 1432.
Los trabajos de la iglesia actual se iniciaron a mediados del s. XIII por la parte de la cabecera, en un gótico incipiente todavía con influencias cistercienses, avanzando hacia la fachada que se acabó sobre el año 1330 ya en un gótico pleno. La influencia del gótico francés es notoria en la arquitectura y en la escultura de la portada.
Entre 1767-1773 se amplió la iglesia con la capilla del Cristo, actualmente sacristía.
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