Nach christlicher Überlieferung erschien die Jungfrau Maria am 2. Januar 1940 in Saragossa auf einer Säule, die als Pilar bekannt ist. Aufgrund dieses Glaubens soll die Jungfrau Maria darum gebeten haben, dort eine Kapelle zu errichten, ein Werk, das der Apostel Santiago zusammen mit den ersten Konvertiten der Stadt ausgeführt haben soll.

Es gibt keine archäologischen oder dokumentarischen Beweise für diese erste Kapelle, aber es gibt Belege für die Existenz einer der Heiligen Maria geweihten Kirche an gleicher Stelle im 9. Jahrhundert, um die herum eine mozarabische Gemeinschaft organisiert war.

Nach der Eroberung von Saragossa durch Alfons I. von Aragonien im Jahr 1118 war die Kirche eine Ruine, so dass Bischof Pedro de Librana sie für den Gottesdienst wieder herrichten musste. Anschließend wurde mit dem Bau einer romanischen Kirche begonnen, die erst im 13. Jahrhundert fertiggestellt wurde. Aus dieser Zeit stammt die alte Kapelle El Pilar, die 1240 als eigenständiges Gotteshaus urkundlich erwähnt wurde. Im Jahr 1297 bestätigte eine päpstliche Bulle die Verehrung des Pilars und die Festigung des Kultes der Santa María del Pilar.

Ende des 13. Jahrhunderts und bis 1515 wurde ein neues Gotteshaus im gotischen Mudéjar-Stil errichtet, das einen geschnitzten Chor und das von Damián Forment in Auftrag gegebene Hauptaltarbild enthielt. Der Zustand dieses Gotteshauses ist dank Skizzen, Stadtansichten und notariellen Dokumenten aus jener Zeit bekannt. Die alte Kapelle wurde bis zu den Reformen des 18. Jahrhunderts beibehalten.

Jh. erhalten. 1670 wurde auf Veranlassung von Juan José de Austria mit dem Bau des heutigen Barocktempels begonnen, der zunächst von Meistern aus Saragossa geleitet und von dem königlichen Architekten Francisco de Herrera el Mozo weitergeführt wurde. Im Jahr 1730 wurde der Erweiterungsbau in seinen heutigen Ausmaßen fertiggestellt. Zwischen 1754 und 1765 entwarf Ventura Rodríguez die neue Kapelle der Jungfrau Maria und nahm Änderungen an der Innendekoration vor, um ihr einen nüchternen, dem neoklassischen Geschmack näheren Stil zu verleihen.

Die charakteristische Silhouette aus Kuppeln und Türmen wurde zwischen 1796 und 1872 fertiggestellt, wobei die Ecktürme erst 1961 fertiggestellt wurden und der Kirche ihr endgültiges Aussehen verliehen.