L'histoire de l'église est intimement liée à celle du collège de Mauriac, dont elle était le principal lieu de culte. La première est élevée en 1568, mais s'effondre en 1579. La construction de l'église actuelle s'étale de 1619 à 1625.

Étienne Martellange est sans doute l'auteur de son plan, lequel est similaire à celui de l'église du noviciat des jésuites de Lyon qui date de 1617. Les archives départementales de l'Aveyron (fonds du collège de Rodez) conservent en effet deux dessins de la main de l'architecte relatifs à l'église du collège. Selon A. Sénard-Kiernan, qui les a publiés, la proximité de ces deux plans, présentant une nef unique couverte d'un berceau lambrissé et une abside voûtée en cul-de-four, suggère que l’architecte se trouvait à Mauriac en 1619 et qu'il remit au recteur du collège une copie des plans de l'église du noviciat de Lyon, sur laquelle les mesures sont en "basse de Mauriac". Une annotation portée sur le plan suggère de modifier le dessin de l'abside pour la rendre semi-circulaire. Il critique également le dessin du portail (SENARD-KIERNAN, 2015, vol. 2, p.241-42, fig. 183-184), sans que l'on sache s'il intervint pour le modifier.

L'église est édifiée entre 1619 et 1625 (date portée) sous la conduite du frère Jacques Baudouin, présent à Mauriac entre 1624 et 1626 (MOISY, 1978, p. 370) ; un don de l'abbé Servanton (qui fut recteur du collège pendant l'exil des jésuites, entre 1596 et 1604) en 1622 contribue à en financer la construction. Le plan de Martellange n'a pas été entièrement suivi : l'église actuelle ne dispose pas d'oratoires à l'étage au-dessus du chœur.

Un incendie la détruit partiellement en 1696 (voir le dossier du collège) : si le retable du chœur et une partie de la nef sont préservés, la sacristie et le clocher sont entièrement détruits, ainsi qu'une partie des couvertures de la nef. Les réparations sont financées par la ville grâce à un impôt exceptionnel levé pour ce faire et courant sur quatre ans (AD Cantal, D 13).

Elle est restaurée en 1862, et la voûte refaite en mortier de chaux. En 1899, voûte et toiture menacent de s'effondrer. Afin de financer les travaux, une subvention est demandée au ministère des cultes, la ville étant incapable faire face à la dépense (AD Cantal, 1 T 736, lettre du 2 mai 1899). Sa démolition est même envisagée dans le projet de reconstruction du collège établi par les architectes Saule et Merpillat en 1922 (A Lycée Marmontel).

Lors de la restauration de 1934-35, la nef est modifiée et raccourcie par l'érection d'un mur. La première travée, qui se trouve dans le prolongement du préau, sert désormais de salle de détente pour les collégiens.

L'espace a été à nouveau transformé lors de la dernière restructuration du collège, entre 1992 et 1996, pour installer la salle des professeurs au niveau de l'ancienne tribune, élargie. La nef fait aujourd'hui fonction de salle de réunions, et parfois d'expositions.