La construcción definitiva se produce durante la primera mitad del siglo XVI, aunque encontramos diversas intervenciones anteriores (siglos XIV-XV) y posteriores (XVII). Después de la ocupación cristiana se construyó un primer templo, probablemente sobre la mezquita islámica, de la cual no se conoce, sin embargo, ningún vestigio aunque sería, seguramente, de una nave con arcos de diafragma y techo de artesonado de madera labrada. Está documentada una intervención a mediados del siglo XV correspondiente a la apertura de los brazos y dotaría a la iglesia de una planta de cruz latina. La reforma definitiva (1518-1530) fue obra de Benet Oger, maestro de obras natural de Lyon (Francia), y responsable, entre otras, de la colegiata de Reus. En este momento se construyen las dos bóvedas nervadas de los pies, de rampante redondo, una de las cuales (la central) reproduce el diseño de las bóvedas de la Lonja de los Mercaderes de Valencia. Las dos bóvedas se sustentan sobre pilastras sogueadas y helicoidales de arista viva. La magnífica portada renacentista (1530) es una de las más bellas y destacadas del primer Renacimiento valenciano. Las capillas laterales (hacia 1540) fueron obra de Joan de Batea, maestro picapedrero vasco-francés que acabará residiendo en Ontinyent. A mediados del siglo XIX tiene lugar una profunda y desafortunada remodelación, con la relectura estética del Neoclásico academicista que se saldó con el recubrimiento de las bóvedas, la destrucción o enmascaramiento de las pilastras y ventanas de sillería gótica. El proceso de repristinación a finales de los setenta ha permitido descubrir las bóvedas y adivinar el aspecto primigenio de las pilastras. El presbiterio fue construido hacia 1570, aunque se reformó a finales del XVII y justo debajo se ubica la cripta, donde se pueden apreciar los nichos en que eran enterrados los presbíteros. La sacristía fue edificada entre 1580-1610. La capilla de la Purísima (1662-1692) fue construida casi simultáneamente al campanario (desde 1689). En 1666 obtuvo el título de Real Capilla. Por bula pontificia de Alejandro VII, está adscrita perpetuamente a la basílica de San Juan de Letrán de Roma. El aspecto actual es fruto de la restauración realizada por Carlos Tormo, Carlets, a mediados del siglo XX. Destaca el esgrafiado de las paredes, la cúpula sin contrafuertes, las letanías de las barandillas de la cornisa y el altar. Se venera la imagen de la Purísima, labrada en plata, patrona de la población desde 1642. Entre los objetos muebles hay que destacar: tabla de la Anunciación, anónimo valenciano de la segunda mitad del siglo XV; pila bautismal gótica (siglo XV) habilitada como pileta junto a un interesante retablo de azulejos (siglo XVIII), ambos en el acceso al campanario; óleos de José Segrelles (siglo XX) en el presbiterio y en el lateral del crucero; un cuadro de las almas de Nicolás Borràs (siglo XVI), que proviene del antiguo retablo de la iglesia de San Miguel desaparecido en 1936; magnífica pila bautismal florentina de la segunda mitad del XVII; colección pictórica de Vidal i Tur: obras de Ribalta, Valdés Leal, Vicente López y anónimos del XVII; tallas del Santo Sepulcro (1943) y La Soledad (1943-1944) de Mariano Benlliure. En el interior de la cripta podemos encontrar, entre otros, una lápida funeraria medieval (siglo XV), así como la de Gaspar Blai Arbuixec (siglo XVII), doctor en Teología, prior de la real orden de San Felipe Neri y promotor de la construcción de la capilla de la Purísima. La iglesia de la Asunción de Santa María fue declarada, junto con el barrio de La Vila, Conjunto Histórico Artístico Nacional en el año 1974.