La basilique de Santa María est située à l'endroit où, à l'époque musulmane, se trouvait la mosquée principale. Après la conquête de la ville par Jaume Ier en 1265, la mosquée est restée à cet endroit jusqu'en 1334. C'est sur cette mosquée qu'a été construite la première église catholique, probablement de style gothique et avec une disposition en croix, qui est restée jusqu'en 1492.
On pense que c'est dans ce temple qu'a eu lieu pour la première fois le Misteri (jeu du mystère d'Elche), probablement avec la construction d'un système de rampes, de planchers et d'un haut plafond en forme de coupole, de dôme ou d'arc, comme c'était la norme pour les représentations de l'Assomption de l'époque.
La deuxième église, plus grande, fut achevée en 1556, mais s'effondra à cause de très fortes pluies en 1672. Nous en conservons une description de Christophe Sanz de 1621 : " Le temple où se déroule cette fête, qui est l'église principale, semble avoir été construit dans ce but précis, en raison de sa taille énorme, avec une nef si haute qu'elle provoque la crainte et l'étonnement des étrangers. Il semble que la Vierge elle-même l'élève pour qu'on y célèbre sa propre mort et son ascension vers le ciel. Il n'y a pas dans toute la chrétienté un autre édifice tel que cette église, qui a été achevée, comme on peut le voir dans ses bâtiments, en l'an 1556".
La construction de l'église actuelle a commencé en 1672 sous les ordres du maître d'œuvre Francesc Verde, qui a succédé à Pere Quintana et Ferrán Fouquet. À partir de 1758, les travaux de construction ont été poursuivis, avec des contributions substantielles, par l'architecte Marcos Evangelio. Les travaux sont définitivement achevés en 1784.
Son plan est en forme de croix latine avec une grande nef centrale et quatre chapelles de chaque côté avec des contreforts perforés. Le transept est surmonté d'une grande coupole, qui fait partie du décor du Jeu du Mystère d'Elche et qui est recouverte à l'extérieur de tuiles bleues.
Il est possible de retracer les différents styles d'architecture, depuis les premiers efforts pour améliorer son style non décoré, jusqu'au néoclassique pur, en passant par le baroque italien décoratif de la façade de l'assomption, l'un des plus beaux exemples du baroque valencien. Cette façade, ainsi que la porte principale de San Agatángelo, sont des œuvres du sculpteur strasbourgeois Nicolás de Bussi (1680-1682).
