A mai Mátyás templom gótikus elődje a 13. század második felében már állt – évszázadokig ez volt a budai német polgárok plébániatemploma. Mátyás király két esküvőjét is itt tartotta. A 19. században az egyik tornyon megtalálták az uralkodó címerét is, a köznyelv Mátyás-templomnak hívja, azonban a hivatalos neve budavári Nagyboldogasszony templom. Mai napig egyes elemeiben épségben látható középkori részlete, a 14. században épült Mária kapu. Miután a törökök 1541-ben elfoglalták Budát, közel másfél évszázadig dzsámiként funkcionált, Nagy dzsámi, azaz Büjük dzsámiként, illetve Szulejmán kán dzsámi néven említik a források.
Mikor 1686-ban az egyesült keresztény hadak visszafoglalták Budát, az ostromot csodával határos módon épségben átvészelő templom a ferences, majd a jezsuita rendhez került. A jezsuiták a korszakban uralkodó barokk stílusban felújították a templomot, és rendházat, illetve papneveldét építettek köré. Mi, akik a templomot már csak neogótikus formájában látjuk, rá sem ismernénk arra a kissé bumfordi, különböző korok stílusait vegyítő templomra, amelyben a kiegyezés évében I. Ferenc Józsefet és feleségét, Erzsébet királynét megkoronázták.
A díszes ünnepély után, már a magyar államalapítás ezeréves évfordulójára, a Millenniumra készülve nekiláttak a templom alapos felmérésének és felújításának. A munkálatokat Schulek Frigyes irányította, aki a korszakban uralkodó francia mintát követve a templom eszményi, gótikus állapotát tartotta az épület történetéből a legértékesebb korszaknak – így született meg alapos feltárások után a ma ismert neogótikus épület. Egyes részei valóban az egykori állapotokat tükrözik a historizmus szellemében, de igazodva az eredeti stílushoz Schulek saját tervei is visszaköszönnek végeredményben. A gazdagon díszített belső tereket Székely Bertalan és Lotz Károly – középkori falfestés leleteire épülő – festményei díszítik, a színpompás tetőcserepek a Zsolnay gyár remekei.
Kevesen tudják, de a templomban nyugszik III. Béla király és felesége, Châtillon Anna is: a középkori uralkodói pár földi maradványait a Szentháromság-kápolnában temették újra a 19. század végén.
Ebben a templomban koronázták meg 1916-ban IV. Károlyt, az utolsó magyar királyt és feleségét, Zita királynét. A második világháborús ostrom alatt az épület jelentős károkat szenvedett, a teljes tetőzet leégett és több helyen beomlott. A háborús károkat 1950-1970 között állították helyre, 2004 és 2013 között pedig teljeskörűen felújították az épületet.
A templom ma szakrális funkciói mellett komolyzenei koncertek helyszíne és népszerű turistaattrakció is, a Budai Várnegyed részeként a Világörökség kiemelkedő budapesti helyszíne.