L’església de Santa Maria del Mar és consignada en la documentació, per primera vegada, l’any 998. Inicialment anomenada Santa Maria de les Arenes, per estar situada al sector dels arenals vora el port, aquesta església es convertí, al segle XI, en la parròquia de la Vilanova de la Mar, un dels barris o suburbis format extramurs de la ciutat antiga. Fou edificada sobre un cementiri paleocristià, que suposa l’existència d’un primitiu temple, en el qual, segons una vella tradició, el bisbe Frodoí, l’any 877, trobà les relíquies de santa Eulàlia de Barcelona.
A l’inici del segle XI, concretament l’any 1002, una referència documental esmenta “Sancta Maria maris littore qui est ante portam civitatis Barchinona ”; aquesta notícia il·lustra de manera clara que l’església era situada prop del mar i que un camí (actual carrer Argenteria) la unia amb el Portal Major d’entrada a la ciutat (actual plaça de l’Àngel). En el transcurs de l’onzena centúria, establerta ja la categoria de parròquia, la seva jurisdicció com a tal s’anà estenent, a banda de la Vilanova del Mar, al vilar de Sant Pere i al Vilarenc de Sant Martí de Provençals. Davant la porta principal hi havia el fossar major i, en la part de mar, el fossar menor o de les Moreres.
L’any 1006 la capellanía de Santa Maria passà a la canonja de la Seu barcelonina, donació que fou confirmada pel papa Pasqual II.
Habitada essencialment per armadors, mercaders i bastaixos de la Ribera, la Vilanova de la Mar prengué molta importància al llarg dels segles XIII i XIV gràcies al desenvolupament econòmic i comercial de la ciutat; aquest fet féu pensar en la necessitat de convertir l’antiga parròquia de Santa Maria en un gran temple arxidiaconal, del qual fou el primer ardiaca i promotor el canonge Bernat Llull, l’any 1324. En l’àmbit urbanístic, el creixement econòmic es traduí en la configuració del carrer Montcada, centre d’habitatges de l’aristocràcia mercantil, i en l’erecció d’un nou temple, que substituïa l’anterior, anomenat sovint “la catedral del mar”.
La construcció de la nova església es va iniciar l’any 1329 sota la prelatura del bisbe Ponç de Gualba (1303-1334), i les obres se sufragaren gràcies a les almoines de la diputació, als parroquians i, assenyaladament, al gremi de macips de capçana. L’edificació del temple anà a càrrec dels mestres d’obres Berenguer de Montagut i Ramon Despuig, i l’any 1383 es col·locà la darrera pedra. Posteriorment s’afegiren els dos campanars de base octogonal que flanquegen la façana: el de ponent, el 1496, fet per Pere Oliva, i el de llevant, el 1902. A la porta d’entrada, amb arquivoltes i timpà, hi ha, encastades, dues imatges que representen dos bastaixos o macips de bronze, commemoratives de les corporacions gremials del barri. La rosassa primitiva fou destruïda pel terratrèmol del 1428 i reconstruïda de nou el 1459.
El temple de Santa Maria és un magnífic exemplar de l’arquitectura gòtica catalana i l’únic que fou completament acabat a l’època, tot i les posteriors reformes i cossos afegits. La rica decoració interior i la coberta de l’edifici patiren les conseqüències dels bombardeigs del 1714 i, posteriorment, de l’incendi de l’any 1936, durant el qual fou destruït el notable altar barroc obrat el 1782. Les obres de restauració foren empreses a partir del 1940 i finalitzaren el 1967 amb l’acabament del nou presbiteri, damunt la cripta, i la il·luminació interior i exterior de l’edifici. Destaca dins del presbiteri la tomba amb figura jacent del rei Pere IV, conestable de Portugal, que hi fou enterrat l’any 1466. Fa pocs anys, el Servei del Patrimoni Arquitectònic de la Generalitat de Catalunya restaurà les claus de volta malmeses el 1714 i, darrerament, ha endegat obres de restauració global i neteja de l’edifici, que actualment es troben en curs.