L'odierna Chiesa di Santa Maria è originaria del X secolo, quando sorge come pieve in onore della Madonna e di San Giovanni Battista. È il principale e più antico edificio sacro di Vicopisano, nonché l'unico situato all'interno delle mura.

Da un documento del 934 si apprendono le prime notizie sulla chiesa e si può presupporre che la sua costruzione sia di molto antecedente a quella data. La sua attuale fisionomia prende forma intorno al XII secolo, come dimostra il suo originario impianto in stile romanico-pisano basato su di un'unica abside. Dell'VIII secolo è probabilmente il bassorilievo in pietra visibile sulla parte della lesena di sinistra. In passato, come si evince da alcune iscrizioni medievali sulla parte in muratura della fiancata sud, vi era un cimitero adiacente alla chiesa. Le navate laterali ed il campanile sono stati aggiunti nel Duecento.
L'interno, come detto, è suddiviso in tre navate da colonne con capitelli di diversa fattura, sia medievale che romana. Nell'abside si può ammirare una composizione lignea duecentesca, la "Deposizione della Croce", conservata nella sua forma originale, se si eccettua la perdita dell'antica policromia. Oltre ad essere uno dei pochi esempi di questo genere artistico, la Deposizione è anche uno tra i più particolari. Rispetto all'iconografia classica, infatti, la posizione di Cristo, non inchiodato ma raffigurato nell'atto di cadere, riflette di una particolare attenzione per l'anatomia che farà la fortuna del Rinascimento fiorentino nei secoli a venire.
La chiesa conserva ancora tracce degli affreschi con la quale fu decorata nel XIII secolo, rappresentanti scene del Vangelo e dell'Antico Testamento. La funzione di questi dipinti era guidare alla lettura i numerosi analfabeti che si recavano alla messa, con una serie di immagini che culminavano nella già citata Deposizione lignea. Purtroppo gran parte di questi sono stati rovinati tra il XIV ed il XVII secolo dai lavori di intonacatura delle pareti. Altre opere di gran pregio custodite nella chiesa sono la statua in legno di San Giovanni Battista, probabile opera di Nino Pisano (XIV secolo), le lapidi tombali di varie epoche e le due acquasantiere. Quella alla destra dell'ingresso è ricavata da un capitello romano che sorregge un cippo etrusco.