Jak podaje tablica fundacyjna umieszczona na ścianie katedry, pierwszy kościół na terenie Łowicza (drewniany) został ufundowany ok. roku 1100 przez księcia rezydującego na Mazowszu i otrzymał tytuł Najświętszej Maryi Panny.Można przypuszczać, że murowany kościół w stylu gotyckim wzniesiono ok. roku 1355 wraz z budową zamku arcybiskupiego.

W 1433 r. arcybiskup Wojciech Jastrzębiec nadał mu tytuł kolegiaty, powołując przy nim kapitułę. Świątynię rozbudował ok. roku 1464 prymas Jan Odrowąż ze Sprowa. Najpoważniejszej przebudowy w latach 1652 -1654 na zlecenie prymasa Macieja Łubieńskiego dokonali bracia Tomasz i Andrzej Poncini, którzy nadali świątyni łowickiej jej obecny kształt - trójnawowej bazyliki w stylu barokowym.

W latach 1655 - 1657, w czasie potopu szwedzkiego, kolegiata została ograbiona. To, co ocalało dzięki wywiezieniu na Jasną Górę, znajduje się dziś wśród zbiorów skarbca katedralnego. Zdewastowaną przez Szwedów świątynię odnowiono i w dniu 14 października 1668 r. prymas Mikołaj Prażmowski dokonał jej konsekracji pod wezwaniem Wniebowzięcia Najświętszej Maryi Panny i św. Mikołaja.

Działania wojenne w czasie II wojny światowej nie oszczędziły ani Łowicza, ani kolegiaty. W czasie wrześniowej Bitwy nad Bzurą ostrzał artyleryjski spowodował pożar, w wyniku którego poważnie uszkodzone zostały dach i wieże. l tym razem świątynię odrestaurowano (prace te zapoczątkowano jeszcze w czasie okupacji niemieckiej), a wnętrze poddano konserwacji, przywracając kolegiacie jej dawne piękno.

W ostatnich latach za sprawą papieża Jana Pawła II kolegiata łowicka dwukrotnie zyskała na znaczeniu. Po raz pierwszy w roku 1992, kiedy to Ojciec Święty bullą "Totus Tuus Poloniae Populus" z dnia 25 marca ustanowił ją kościołem katedralnym nowo powstałej diecezji łowickiej. Po raz drugi w czasie VII pielgrzymki do Ojczyzny kiedy, przebywając w katedrze łowickiej dnia 14 czerwca 1999 r., Jan Paweł II nadał świątyni tytuł Bazyliki Mniejszej.