Aquest temple podria pertànyer a l’església de Santa Maria fora de muralla que és esmentada en l’acta de dotació de l’església de Sant Miquel d’Olèrdola de l’any 992.
Tanmateix, no la trobem esmentada, certament, fins al testament de Pere de Vilafranca del 1187. D’altres notícies del moment també ens informen de la seva existència. Al desembre del 1188 el rei Alfons I donà les notaries de Vilafranca i del seu territori a l’església de la dita vila.
A partir d’aquest moment l’església és àmpliament documentada en molts testaments.
Al final del segle XIII es procedí a la construcció de l’edifici. Al mes de maig del 1285 es col·locà la primera pedra de la nova església de Santa Maria, l’actual.
La làpida commemorativa d’aquest fet encara es troba en un mur exterior, al començament de l’absis. Les notícies de la construcció de Santa Maria són molt freqüents en les deixes testamentàries destinades a l’obra dels anys posteriors.
De la primitiva església romànica, no en queda cap indici. L’actual temple gòtic fou finalment consagrat el 1484. La cripta fou feta al segle XVI. La façana actual, neogòtica, es construí el 1905 i substituí una galeria porticada renaixentista.