Al igual que las vilas de Boí y Erill, la primera cita de Taüll corresponde a la venta de esta vila por parte de los condes de Pallars Sobirà a sus homónimos del Pallars Jussà. El primer documento concreto de la iglesia es su acta de consagración por parte de obispo Ramon Guillem de Roda-Barbastre el 11 de diciembre de 1123, compartiendo la parroquia con Sant Climent, consagrada un día antes.

El hecho de que hubieran tantas iglesias en Taüll, también se debe incluir Sant Martí, se relaciona con la intención de los barones de Erill de fundar un centro monástico en este lugar. Taüll ya formará parte de la señoría de esta familia desde el siglo XI, y en el siglo XII hay testimonios de donaciones suyas de tierras de Taüll al orden del Hospital.

(1) Abside central y absidiolas (2) Nave central (3) Naves laterales (4) Campanario (5) Puerta de acceso

A lo largo del siglo XVIII Santa Maria se convertió en la única parroquia de Taüll, y por eso se produjeron grandes cambios, las naves laterales se convertieron en capillas, y en la nave central se cubrió con una bóveda de cañón, se levantará una cúpula con cimborrio, y el ábside central se modificó substituyéndola por una sacristia. Hacía los años setenta se iniciaron las obras de restauración de la iglesia, que recuperó el edificio inicial deijando de lado todas las reformas posteriores.

La iglesia de Santa Maria tiene planta basilical con tres naves que están rematadas por las respectivas ábside, con una cubierta embigada, soportada por arcos forneros que descansan sobre pilares cilíndricos. La nave sur queda truncada por la construcción del campanario en la mitad de su espacio. La puerta principal se sitúa en la zona de poniente, emmarcada por un simple arco de medio punto, si bien hay también una puerta similar en el muro sur, de más pequeñas dimensiones.

Respecto a la iluminación, la fachada oeste tiene una ventana de grandes dimensiones de derrame recto, mientras la sur tiene una de doble derrame. También las ábsides tienen ventanales, tres el ábside central, en tanto que las dos absidiolas tienen una cada una.

En el aspecto decorativo externo sólo las ábsides presentan los motivos típicos del arte lombardo con arcuraciones ciegas combinadas con lesenas, completadas con un friso de dientes de sierra. Hay una particulardad en que los sillares de las arcuraciones del ábside central son de piedra tosca, mientras que los timpanos los ocupan círculos refundidos. Esta característica la diferencia respecto a Sant Climent, pareciéndose a otras parroquias como Santa Maria de Mirajan.

Los paramentos de la iglesia están muy trabajados y regulares a excepción del campanario, que parece aprovecha uno ya anterior a la construcción de la iglesia. Parece que la construcción de la iglesia a principios del siglo XII vino marcada por esta voluntad de mantener el campanario existente y hacer una planta basilical en un espacio reducido, que obligó a tener una nave truncada por el campanario. Este campanario estilizado conserva 4 niveles de ventanas, el primer nivel con tres ventanas de derrame recto, los otros tres niveles tienen ventanas geminadas de 4 ventanas con columna de capitel mensuliforme. En el piso superior del campanario se encuentran dos puertas, por lo cual algunos especialistas sugieren que tenía una función también militar de defensa. Como ya se decía, el campanario es el elemento más antiguo de la iglesia seguramente de la segunda mitad del siglo XI.

Hacia el 1996 se realizó una intervención arqueológica en la plaza de Santa Maria que sacó a luz una necrópolis de inhumación con un conjunto de tumbas que rodeaban la iglesia. También se recuperaron restos de estructuras constructivas de lo que podía ser el urbanismo en época medieval, con una plaza mucho más reducida que la actual.

Uno de los elementos de más nombre de Sant Maria son sus pinturas que ya fueron estudiadas por primera vez en el 1907 por J. Puig i Cadafalch. Hacía el 1918-9 fueron arrencadas y transportadas a Barcelona para ser posteriormente incorporadas al Museu Nacional d'Art de Catalunya.

En el abside central aparece una Epifania, con la Madre de Dios sentada en un trono dentro de una mandorla, esta Maiestas Marianae está rodeada por las figuras de los tres Magos, identificados por las inscripciones (Gaspas, Mel.hior, Baldasar). En la parte inferior del ábside aparecen las figuras de 4 apóstoles, reconocidos por sus atributos como san Andrés, san Pedro, san Pablo y san Juan Evangelista. En la parte superior del arco absidal se encuentra la imagen del Agnus Dei, mientras que en una banda está Abel ofreciendo un cordero, y seguramente Caín en el otro ofreciendo flores. En la parte inferior, se encuentra el arcángel Gabriel con un serafín, y las figuras de Lucas y Juan, con la posibilidad de que en otro lado estuvieran los otros dos evangelistas. Todos ellos también aparecen representados por el tetramorfo, las imágenes alegóricas de todos los evangelistas.

El resto de los muros de la iglesia también estaban decorados con pinturas al fresco con diversos pasajes bíblicos. En el muro sur entre la cabecera y el campanario parece que se sigue una narración que aún resulta difícil de interpretar, desde la Intancia de Cristo a la visión de Zacarias o la vida de un santo que bien podría ser San Climent o San Martín. Entre el campanario y la fachada oeste las figuraciones representan el Infierno. Se han de destacar las escenas del muro de poniente con la Pasión de Cristo y las escenas del Juicio Final: San Miguel pesando las almas o gente quemándose en el fuego eterno. En la parte sur de este muro aparece la escena de la lucha entre David y Goliath.

La iglesia de Santa Maria de Taüll fue declarada monumento histórico artístico el año 1931. El año 1982 fue reconocida Bien de Interés Cultural por la Generalitat de Catalunya. En los inicios de los años 60 se desmontó la sacristia que ocupaba el ábside sur, que fue reconstruido. Al inicio de los años 70 se eliminó el cimborrio. El año 1996 se realizó la excavación arqueológica en la plaza, delante del ábside y al sur de la iglesia.

El 30 de noviembre del 2000 se reconoce Patrimonio de la Humanidad por parte de la UNESCO formando parte del conjunto románico catalán de la vall de Boí.