Es la iglesia gótica más representativa de este estilo en nuestra región y la más antigua del litoral cántabro. Comenzó a edificarse a principios del siglo XIII, al igual que el castillo contiguo, bajo el patrocinio de Alfonso VIII que repobló y fortificó nuestras villas de la costa. Por su aspecto y tamaño parece una catedral, a lo que contribuye su privilegida ubicación.

Su estructura tiene relación con el gótico francés de la región normanda y con la catedral de Burgos, que se estaba construyendo en estas fechas. Consta de tres naves paralelas y un ábside poligonal al que se abren tres capillas radiales alternadas con tramos rectos. En alzado destacan los grandes ventanales rasgados y los rosetones que iluminan la nave central -con los tres órdenes clásicos: arcadas, triforio o andito y ventanas-, y los arbotantes, que trasladan los empujes de las bóvedas de dicha nave a los contrafuertes. La fachada principal muestra las dos torres macizas enmarcando la portada, cuyas arquivoltas en su origen llevarían esculturas en bulto sobre peanas y protegidas por doseles.

En el interior sobresale la altura de la nave central, -que proporciona una gran luminosidad al templo-, cuyos pilares han debido ser reforzados con arcos en voladizo en el siglo XVI.

Es de admirar la diferencia entre la distancia en el basamento de los pilares en relación con la del arranque de los arcos de la bóveda, efecto utilizado por el arquitecto para crear una ilusión óptica de amplitud espacial, que ha perjudicado la estabilidad de la construcción.

El triforio presenta el mismo diseño que el de la catedral burgalesa. Las bóvedas son de crucería con ligaduras.

La escultura monumental no alcanza la relevancia de la arquitectura, pero son dignos de mención los capiteles vegetales del interior de la iglesia y algunos temas naturalistas de las cornisas.

La escultura exenta está representada por una soberbia imagen de la patrona, Santa María, en piedra policromada, de finales del s. XIII, y un Cristo crucificado del s. XIV, así como otras obras de imaginería barroca del siglo XVII, como un notable Cristo yacente del taller de Gregorio Fernández y un Cristo de la Victoria, atribuido a Domingo de la Rioja. (Otras obras artísticas de gran interés se encuentran depositadas en el Museo Diocesano de Santillana del Mar).

Mención especial merece el gran lienzo del Cristo de la Agonía, de Francisco de Zurbarán, en el retablo de la capilla Carasa.