La chiesa sorge nel cuore dell’Arona medioevale, a pochi metri dal complesso monastico dell’abbazia benedettina dei Santi Martiri (secoli X-XVIII). Si può supporre l’esistenza di un edificio di culto dedicato a Santa Maria almeno intorno alla metà del secolo XI, e di questa primitiva fabbrica rimane, oggi, il campanile romanico, fino al castello delle campane, a cinque ordini con cornici di archetti pensili, con bifore e trifore tamponate, e coronato da una cuspide barocca seicentesca. La chiesa di Santa Maria fu, in quei primi secoli, dipendente dall’abbazia dei Santi Martiri, i cui abati nominavano i sacerdoti officianti (il documento più antico in merito è datato 31 marzo 1271).
Nel 1468 i fabbricieri di Santa Maria stipularono il primo contratto per la costruzione di una nuova chiesa, l’attuale, che venne consacrata, ma non ancora terminata, il 12 marzo 1488. L’edificazione di Santa Maria Nuova avvenne in un momento di grande fervore edilizio, voluto dai Borromeo, che determinò un quasi completo rifacimento dei principali edifici civici, tra cui l’abbazia stessa, e dell’apparato difensivo urbano.
Sul principio del secolo XVII, la chiesa apparve al cardinale Federico Borromeo alquanto disadorna, pertanto Federico ordinò imponenti lavori di restauro e di decorazione degli interni, terminati i quali, il 10 marzo 1608, la chiesa venne eretta a collegiata e dotata di un’ampia canonica. Sempre dell’età barocca è la cella campanaria costruita sull’antico campanile romanico per volontà dell’arciprete Carlo Litta nel 1662.
Al cadere del secolo l’architetto Filippo Cagnola progettò la ricostruzione integrale, su pianta ellittica, della cappella del Rosario. Infine, dopo la costruzione dell’altare maggiore neoclassico progettato dall’architetto Zanoia nel 1812, venne realizzata, tra il 1856 e il 1910, una serie di interventi miranti a riportare l’edificio a un presunto disegno primitivo. Venne costruito il coro e rifatto il presbiterio; fu aperto il grande occhio della facciata e le finestre portate a sesto acuto (1856-57). Inoltre tutto l’apparato decorativo interno venne rifatto in obbedienza al gusto neoromanico del XIX secolo, che preferiva alla conservazione dell’originalità architettonica, l’arbitrario rifacimento storico.La facciata di questo edificio è tardoquattrocentesca, a frontone, tripartita da quattro lesene e terminante con una cornice. Il paramento murario è in pietra calcarea di Arona e di Angera. Nella facciata si aprono un occhio e due finestre con vetrate, rifacimenti ottocenteschi. Al centro vi è un grande portale con due paraste, capitelli, architrave e trabeazione con stemmi borromei abrasi. Nel portale, sopra l’architrave della porta d’accesso alla chiesa, è collocata una lunetta ogivale raffigurante il Presepe, riferibile all’Amadeo (ca. secolo XVI).
Al lato sinistro della facciata è addossato l’edificio della canonica (1612), voluto dal cardinale Federico Borromeo.
L’interno della chiesa è a tre navate con archi a sesto acuto sostenuti da pilastri ottagonali con capitelli.
Le volte sono a crociera. Tutta la decorazione dell’interno è della seconda metà dell’Ottocento. In ciascuna delle navate laterali si aprono due cappelle e sempre due cappelle concludono, sul fondo, le navate stesse. La navata centrale termina invece con il presbiterio e il coro. La pianta è di tipo basilicale.
La prima cappella della navata sinistra è il battistero, al centro del quale vi è il fonte battesimale chiuso da un pregevole lavoro in legno intagliato del Seicento lombardo. Il battistero conserva due delle sei tele del “ciclo della vita e dei misteri della Vergine Maria” dipinte da Pier Francesco Mazzucchelli detto il Morazzone (documentate nella chiesa nel 1619). Queste prime due tele rappresentano la Natività della Vergine e la Visitazione.
La seconda cappella è detta dell’Addolorata ed è un rifacimento ottocentesco. In essa sono conservate altre due tele del Morazzone: il Matrimonio della Vergine e l’Annunciazione.
Quindi, lungo la parete della navata sinistra, dopo la piccola porta che conduce nel quadriportico della canonica, si trova il polittico di Gaudenzio Ferrari (1511), l’opera d’arte più pregevole della Collegiata, un tempo nella cappella maggiore, e in seguito nella cappella degli Innocenti.
La navata termina con la cappella della Natività che conserva una tela dello stesso soggetto, dipinta da Andrea Appiani (opera neoclassica del 1782). A conclusione della navata centrale vi è il presbiterio con l’altare maggiore neoclassico dell’architetto Giuseppe Zanoia (1812). Nello stesso altare è collocato un affresco strappato, raffigurante la Deposizione, attribuito a Giuseppe Danedi detto il Montalto (secolo XVII). Il coro è un rifacimento del 1856-57 e sopra lo stallo principale è collocato un dipinto dell’Immacolata Concezione opera di Francesco Carlo Nuvolone donato dal Cardinale Federico Borromeo.
La navata destra termina con la cappella detta degli Innocenti, la cui parete di fondo è completamente decorata con un pregevole affresco, oscurato per secoli dal polittico di Gaudenzio Ferrari, che qui fu collocato in età barocca. La critica colloca l’affresco, o meglio i due affreschi, eseguiti da due diversi maestri novaresi, nel penultimo decennio del secolo XV. Questi affreschi sono l’unica testimonianza della decorazione interna della quattrocentesca chiesa di Santa Maria che rimane.
Subito dopo la piccola porta che conduce nella via che separa la chiesa di Santa Maria dalla chiesa dei Santi Martiri, spazio occupato dal cimitero fino al XIX secolo, si apre la cappella del Rosario, sede fin dal 1581 della confraternita del Rosario. Essa è opera dell’architetto Filippo Cagnola che la progettò, secondo modelli borrominiani, su pianta ellittica, alla fine del secolo XVII. La cappella custodisce altri due dipinti del Morazzone: l’Adorazione dei pastori e l’Adorazione dei Magi. Sopra l’altare è posta la statua barocca in legno scolpito e dorato della Vergine. Lungo la parete della navata destra si può notare un piccolo lacerto di affresco con testa di Santo, del primo Cinquecento. L’ultima cappella, presso l’uscita, è detta cappella Lovatti e conserva una tela raffigurante la Crocifissione, opera attribuita a Giovan Battista Crespi detto il Cerano (secolo XVII).