清咸豐十一年（1861年），西班牙道明會士郭德剛神父自今天高雄前金步行往返萬金傳教，建立了初期的信徒群體。1863年，以土塊建立了原先的小教堂，並有了固定的在地信徒。然而在1865年，南部大地震摧毀教堂。在當時的本堂神父良方濟與教友的協助下修復了。
隨著信徒的增加最後在1869年10月由良方濟神父在今日的堂旨購地，開始興建新堂。此聖堂仿西班牙堡壘式建築構造，在費時一年後終於在1870年12月8日進行開堂典禮，當日為天主教的無玷聖母瞻禮日，是故新堂以「無玷聖母」為主保。
1874年，沈葆楨請皇帝支持傳教。同治帝頒「奉旨」以及「天主堂」勒石，分別鑲嵌在教堂山形牆和門楣上。
1984年，教宗若望·保祿二世將教堂列為宗座聖殿，自此該教堂就簡稱為萬金聖母聖殿。而同年屏東縣政府亦核定聖殿為第三級古蹟。之後該教堂又在1999年進行另一次的整修，最後在2001年完成整修工程。
