En el siglo X, el actual término de Castelldefels era territorio de frontera entre musulmanes y cristianos. El conde Sunyer pidió al monasterio de Sant Cugat que se hiciera cargo de esta zona, organizándola y defendiéndola de los ataques sarracenos.

Es bajo la dirección del cenobio que se construye la iglesia de Santa María, documentada en el año 977, en el testamento de Galí de Santmartí, vicario condal de Eramprunyà y de Sant Martí Sarroca. Parte de su legado debía destinarse a la construcción de un monasterio benedictino en este lugar, que no se llegó a edificar.

Esta iglesia del siglo X, tenía tres altares. El principal dedicado a Santa María, el de la derecha a San Miguel arcángel y el de la izquierda a San Juan Evangelista. En este altar también se veneraba a San Pedro y San Pablo.

En el siglo XII, el obispo Berenguer consagró una nueva iglesia que, aunque ha sido muy modificada, es la que ha llegado hasta nuestros días.

En el siglo XVI, cuando la familia Marc y Palau eran los señores del lugar, se construyó un coro gótico. A finales del mismo siglo se construye el altar del Roser.

En el siglo XVIII se produce una nueva modificación en el templo. En este caso se prolonga el brazo sur del transepto, convirtiéndolo en la capilla de la Virgen de la Salud. También en esta época se construyen unas capillas laterales.

En 1897, el banquero barcelonés Manuel Girona compró el castillo y la iglesia. Como esta era la parroquia del pueblo, hizo construir una nueva en la plaza del ayuntamiento y la iglesia románica se convirtió en la capilla particular de la familia. El nuevo propietario restauró el castillo y la iglesia siguiendo las corrientes de la época.

Durante la Guerra Civil la iglesia y el castillo fueron utilizados como centro de reclutamiento y la fachada renacentista sufrió los efectos de las prácticas de tiro. También se quemaron los retablos barrocos y la sacristía. Posteriormente se convirtió en prisión de los brigadistas internacionales que intentaban desertar o rendirse. Algunos de ellos hicieron dibujos en las paredes de la capilla de la Salud.

Tras la Guerra Civil, el recinto quedó abandonado, con el consecuente deterioro, hasta que en 1988 el Ayuntamiento de Castelldefels decidió adquirirlo para convertirlo en una escuela taller de construcción.

La iglesia tenía planta de cruz latina, con una sola nave, transepto y tres ábsides semicirculares.

La iglesia sufrió numerosas modificaciones y mutilaciones, las más importantes de las que tuvieron lugar en la cabecera, que se fortificó. El ábside norte desapareció cuando se construyeron nuevas dependencias y defensas del castillo. El ábside central también sufrió alteraciones. En el tambor absidal se abrió una puerta que, mediante unas escaleras, comunicaba el templo y el castillo. Actualmente la cabecera vuelve a tener tres ábsides, reconstruidos con formas y materiales modernos, siguiendo los criterios, más que discutibles, aplicados a principios de los años 80 y 90 del siglo pasado por la Diputación de Barcelona.

En la intersección entre la nave y el transepto, encontramos una cúpula sobre trompas.

La cúpula sirve de base para una torre campanario, de planta cuadrada y un solo piso de altura. En sus caras se abren ventanas geminadas, algunas de las cuales han sido reconstruidas con materiales modernos.

Durante las excavaciones realizadas en el interior del templo, se encontraron dos capiteles, datados entre los siglos XII y XIII, que podrían corresponder a estas ventanas reconstruidas.

La puerta principal se encuentra en el muro oeste y corresponde a una reforma realizada en el siglo XVI y por tanto es de estilo renacentista.

En el muro norte del transepto encontramos otra puerta de acceso, sobre la que se abre una pequeña ventana de medio punto.

Se trata de una sencilla puerta, con dintel y tímpano lisos. En la dovela central hay grabada una cruz.

En las últimas obras de restauración, se ha vuelto a pintar de color blanco el exterior del templo, a excepción de la capilla de la Salud, lo que le da una apariencia bastante extraña, ya que no estamos acostumbrados a ver edificios románicos de esta manera, por qué solemos valorar mucho más la piedra vista en este tipo de edificios. El motivo esgrimido por los autores de esta intervención era que de esta manera se unificaba el color de todos los elementos utilizados en las diferentes reconstrucciones. Personalmente, prefiero la piedra rojiza de esta zona del Baix Llobregat ...

Durante las excavaciones arqueológicas realizadas en la década de los noventa del siglo pasado, se descubrieron varios vestigios del pasado romano de este lugar. Entre ellos un pedestal con inscripción latina, que fue encontrado en 1989, embutido en una pared de la sacristía. Se cree que fue realizado durante la primera mitad del siglo II después de Cristo.