El origen de la iglesia se remonta a los primeros momentos de la reconquista por parte del rey Jaime I el Conquistador.

Este templo se cita en documentos historicos de 1333 y 1392, ya con el nombre de Iglesia de Santa Maria de la Mar de la ciudad de Valencia "L'Esglesia de Santa Maria de la Mar de la ciutat de Valencia".

De la descripción de este templo antiguo, tenemos constancia por un documento gráfico de 1563, en el cual el pintor flamenco Anthoine Van den Wijngaerde muestra el aspecto del Grao de Valencia y entre las casas se puede apreciar la iglesia. De los pocos datos que tenemos, se puede inferir que se trataba de una templo de nave única de 25 metros de largo por 18 metros de ancho y que disponía de una espadaña plana situada a los pies de la iglesia.

En 1411 se produce el hecho milagroso de la llegada por mar de la imagen llamada después del Cristo del Grao, por lo que aumenta la devocion a esta imagen que obligaría con el tiempo a ampliar el templo original y construir una capilla dedicada al Cristo. Según la tradición el Cristo del Grao, conocido popularmente como el Negret, llegó frotando por el mar atado a una escalera.

En el siglo XVII se acuerda la construcción del templo de nueva planta. Comienzan las obras el dos de agosto de 1683 por la cabecera, siendo el maestro de obras Francisco Marti (Franciscus Martí). El templo crece en dirección longitudinal, no asi en cuanto a anchura, ya que esta se ve limitada por la Capilla del Cristo.

Dispone de dos portadas tardobarrocas, la portada lateral recayente a la av.del Puerto está formada por dos cuerpos, el inferior aloja la puerta adintelada y en el segundo cuerpo una hornacina alberga una cruz sobre una escalera, que hace alusión a la llegada del Cristo del Grao. La fachada principal recayente a la plaza del Tribunal de las Aguas y situada a los pies del templo es igual en cuanto a su estructura a la abierta en el lateral. La portada se compone de dos cuerpos, el inferior aloja la puerta adintelada flanqueada por dos pilastras dobles que se alzan sobre un zócalo. El segundo cuerpo está formado por una hornacina avenerada con una imagen pétrea de Nuestra Señora de la Luz realizada en 1943. Flanquean el nicho dos pilastras con fustes en forma de escamas. La hornacina se remata por un frontón curvo y el conjunto por una serie de adornos de bolas. El estado de conservación de ambas portadas es desigual.

Detrás del Altar Mayor (trasaltar) encontramos una capilla que hace funciones de sacristía. Destaca por las pinturas murales que cubren todas sus paredes y también la cúpula que cubre el espacio. Realizadas en 1702 por Juan Bautista Vayuco, activo entre 1663 y 1705, representan diversas escenas y alegorias: Las Virtudes Teologales (Fe, Esperanza y Caridad), la Revelación, la Doctrina y la Trinidad, todas ellas rodeadas por un mundo de ángeles, cornucopias, jarrones, guirnaldas, flores y demás ornamentación barroca propia de la época.

Hacia 1689 el cantero Antonio Borrés eleva en altura el campanario y lo finaliza pues aún no estaba terminado. De estilo barroco; el remate fue destruido en la Guerra Civil Española (1936-1939) ya que este era usado como torre de defensa.

El nombre de las campanas son: Pilarica (1955), Sant Vicent Ferrer (1940), Sant Josep (1995), Santisimo Cristo (1940) y Santa María (1940). Información sobre las campanas en: Campaners de la Catedral de Valencia

El actual templo es de nave única, bóveda de cañón con lunetos, capillas laterales entre los contrafuertes y dotado de un transepto no sobresaliente en planta. Tiene interés el hecho de que aparezca en él una incipiente comunicación entre capillas. Posee una capilla en el trasaltar que fue terminado en 1702. La cúpula central del crucero se reviste de teja esmaltada en azul, sello característico de los templos valencianos del siglo XVII. Las obras fueron finalizadas en el 1736.

Capilla de Nuestra Señora del Perpetuo Socorro Retablo de inspiración barroca construido en 1949 por Cardells. En el centro copia de un icono existente en la Iglesia de San Alfonso María de Ligorio de Roma, pintada por Meseguer en 1941. A la izqueirda imagen del siglo XVIII de San Telmmo, patrón de los navegantes. A la derecha Santa Teresita de Lisieux (del Niño Jesús). Hasta 1936 esta capilla estuvo dedicada a San Telmo y bajo la mesa del altar estuvo la pila bautismal a la que se accedia levantando una parte de la misma que era de mádera, mostrando así la antigua pila.

Capilla de San Vicente Ferrer Retablo de inspiración barroca construido en 1991 por Francisco López Pardo. En el centro talla en mádera realizada en 1918 por Salvador Rubio, representando a San vicente Ferrer vestido con hábito de dominico. Aparece con el dedo indice levantado como es normal en su iconógrafia. A la izquierda imagen de la beata Josefa María de Santa Inés de Beniganim, realizada en 1996 por Francisco Martinez Aparicio. A la derecha beata Josefa Naval Girbés, obra realizada por Francisco Martinez Aparicio en 1996.

Capilla del Sagrado Corazón de Jesús Retablo de inspiración neoclásica realizado después de la Guerra Civil Española. En el centro imagen del Sagrado Corazón de Jesús, realizada en mádera en 1941 por Carlos Román y V.Salvador. A la izquierda imagen de Nuestra Señora de Fátima, obra de Carlos Román de 1959. También en la izquierda una talla de San Judas Tadeo tallada en 1993 por Federico Esteve Defés. A la derecha imagen de San Pancracio, abogado del trabajo.

Capilla de la Virgen

En 1858 se colocó un reloj en la torre campanario. Tanto la nave central como la capilla del Cristo han sufrido varias reformas en todo tiempo, especialmente tras la Guerra de la Independencia (1808) y la Guerra Civil Española (1936).

Adosado al muro exterior del templo encontramos una fuente pintada en verde chillón. La misma fue colocada en este lugar en 1859 con el legado efectuado por don Dionisio Bello. La misma proporcionaba agua potable al Grao en una época en que la única forma de abastecerse de agua era mediante pozos excavados en el suelo. En la misma un niño está sentado sobre una concha marina, mientras cabalga a lomos de un gran pez de cuya boca surge el agua que se derrama en una taza también con forma de concha marina.

Una inscripción situada encima de la fuente dice: Aguas del Turia derrama esta fuente por los esfuerzos del municipio de Valencia. La cooperación del de esta villa y el legado de 80.000 reales de Don Dionisio Bello. 3 mayo 1859.

Otra placa colocada en el año 1999 dice: 750 Aniversari. El rei En Jaume I, el conqueridor, alorga, al lloc, i llogarencs de l'actual GRAU, el nom de Ville Nove Maris Valentiae i nombrosos privilegis el 27 de maig de l'any 1249. 1249-1999.

En la fachada recayente a la Av.del Puerto un panel de azulejos a tonos de "socarrats" dice en valenciano: 1411-2011. En conmemoración del 600 aniversario de la llegada del Santísimo Cristo del Grao y la visita de la Virgen de los Desamparados. Grao-Valencia 1-5-2011. Muy Ilustre Hermandad del Santísmo Cristo del Grao.