Elle fut édifiée au XIIIe siècle après que l'église paroissiale soit devenue une collégiale dépendante de l'abbaye de Munster. L'architecte est maitre Humbert, venant  d'Île-de-France, ce qui explique probablement qu'elle ressemble assez à ce qui a été fait ,d'un point de vue architecturale, à cette époque dans le royaume de France alors qu'on est dans l'Empire Germanique. 

Xe - XIe, première construction d’une ancienne église de type carolingienne relevant de l’Abbaye de Munster, elle était d’une superficie quatre fois inférieure environ à celle que nous connaissons aujourd’hui. Elle se trouvait à peu près au centre de l’actuelle.

1106, l’église brûle et elle est remplacée par une église d’époque romane.

1120, un massif occidental est rajouté sur l’église romane.

1234, le pape Grégoire IX transforme l’église en un chapitre collégial directement sous l’autorité de l’Abbaye de Munster.

1235, début de la construction de la collégiale actuelle, les travaux vont s’étendre jusqu’en 1365. Néanmoins l’église ne fut jamais terminée, la tour nord ne fut pas finalisée.

La construction commencée par le transept, poursuivie par les trois nefs et les clochers par l’architecte Humbert, qui vient d’Île de France, ce qui explique probablement les clefs de voûtes similaires à ce qu’on peut trouver dans les églises de la région parisienne ( clef de voûtes avec personnages par exemple ).

Clef de voûte avec visages

Les travaux s'achèvent par le chœur et son déambulatoire, ces derniers furent réalisés par l'architecte Guillaume de Marbourg ( qui travailla notamment à la Cathédrale de Strasbourg ).

Les pierres utilisées sont celles de grès jaune de Rouffach. Le portail Saint-Nicolas, signé « Maistre Humbret » s'orne de la légende du saint. À l'intérieur, buffet d'orgues dû au facteur Silbermann, et Crucifixion sculptée du XIVe s.

1572, le 23 mai, un incendie ravage la charpente et le couronnement de la tour Sud. Elle est remplacée en 1575 par l’actuelle qui lui offre une perspective différente et caractéristique par son lanternon à bulbe.

Révolution Française, suppression du chapitre de la collégiale, un évêque s’installe à Colmar faisant l’évêché du Haut-Rhin.

1802, le concordat met fin à l’évêché et elle devient une simple église paroissiale rattachées au diocèse de Strasbourg. Elle garde cependant le titre honorifique de « cathédrale » ou de « collégiale » dans le cœur des habitants de Colmar. Cette situation de déclassement se produisit car les deux évêques constitutionnels qui se succédèrent, ne parvinrent pas à s’imposer et à organiser un diocèse resté aux deux tiers fidèles à Rome ( religion catholique ).

1840, 14 mars, elle est classé monument historique.

1972 – 1982, lors des travaux de restaurations il fut découvert des restes de l’ancienne église du XIe siècle. Elle était constituée d’un sanctuaire à abside carrée, d’un transept de 19 par 8 m et d’une nef de 15 m de long.