La vila de Sanaüja s’emplaça a l’estreta vall de la riera del mateix nom, a 409 m d’altitud. La primitiva església parroquial de Santa Maria era situada vora el castell i actualment es troba totalment enrunada; fou substituïda per l’actual parròquia, sota la mateixa advocació, a la Plaça Major de la vila.
La primera referència a l’església de Santa Maria es remunta a l’any 951, en què el papa Agapit II confirmà en una butlla tots els drets, privilegis i possessions de l’església d’Urgell, entre les quals hi havia la parròquia de Sanaüja. Posteriorment, l’any 1045 Guillem Goltred i la seva muller Guilla donaren dues peces de terra a “Sancte Marie que est sita aeclesia in comitatum Urgello in castrum Sanauga”, al lloc dit Perelló. A la darreria d’aquesta centúria, en el testament d’Adelaida, muller de Ponç Dalmau, datat entre els anys 1080 i 1100, es consigna que, a més d’altres molts llegats i disposicions, llegà “ad Sancta Maria de Sanahuia” per a les obres que s’hi estaven fent, mancusos, i una quantitat similar per als clergues, a fi que hi celebressin misses. D’altra banda, entre els anys 1095 i 1122, una convinença entre el bisbe d’Urgell Ot i Pere Ponç relativa al castell del Bordell informa que l’esmentat prelat donà aquesta fortalesa en feu a Pere Ponç conjuntament amb la quarta part de les dècimes de la “parrochie Sanauge”.
A la segona meitat del segle XII, entre els anys 1167 i 1195, Bernat de Sanaüja, possiblement feudatari del castell de Sanaüja, jurà fidelitat al bisbe d’Urgell, Arnau de Preixens, per l’“ecclesie de Sanaogia”, de la qual prometé no alienar ni empenyorar res sense el consentiment episcopal. D’altra banda, se sap que el capellà de l’església de Sanaüja de l’any 1175 es deia Bernat, ja que signà com a testimoni en una escriptura per la qual el bisbe Arnau de Preixens comprà a Guillem de Benavent el delme i tots els béns que Ramon d’Anya tenia a Castelló i Ortó.
Santa Maria de Sanaüja fou seu d’una comunitat de preveres o beneficiats, encarregats del servei religiós dels diferents altars. Els anys 1279 i 1280, Arnau de Biosca i Ponç de Matabous, respectivament, eren porcioners de Sanaüja i satisferen en concepte de la dècima papal recaptada a la diòcesi d’Urgell la quantitat de 5 sous i 2 diners cadascun dels anys esmentats; aquesta informació indica la presència d’una comunitat d’aquest tipus en aquestes dates. Així mateix, el rector de Sanaüja és mencionat en la dècima papal de la diòcesi urgellenca col·lectada el 1391, any en què eren beneficiats de l’església de Sanaüja Jaume Olzinosa, rector del Bordell, i Pere d’Anglesola, canonge menor. La comunitat de preveres fou reglamentada el 1635 dins la regla augustiniana.
L’actual església parroquial de Santa Maria és una construcció gòtica tardana, que consta que s’edificava entre el 1509 i el 1515 sota la direcció del mestre d’obres de Balaguer Joan Gausia. L’església fou modificada al segle XVIII, moment en què s’aixecà una nova façana amb ornamentació plateresca i barroca, que du la data del 1773, tot i que la portalada és datada el 1805, època en què fou restaurada.