W 1428 Anna Holszańska ufundowała w niej pierwszą kaplicę pod wezwaniem Wniebowzięcia Matki Boskiej. W 1510 roku kolegiata otrzymała nowy gotycki ołtarz (zachowany do dzisiaj w Cegłowie). Jesienią 1602 roku na skutek huraganu zawaliła się potężna gotycka wieża zachodnia niszcząc częściowo wnętrze świątyni. Podczas odbudowy zmieniono fasadę kościoła budując nową wczesnobarokową. Wybudowano także dwa chóry w prezbiterium. Po 1611 roku kolegiata otrzymała nowy ołtarz barokowy.
W 1637 w świątyni odbyła się pierwsza koronacja – Cecylii Renaty.
Około 1650 roku po prawej stronie fasady wybudowano wysoką dzwonnicę. Po 1763 roku wybudowano zakrystię według proj. Jakuba Fontany. W 1798, po utworzeniu godności biskupa warszawskiego, bullą Piusa VI kolegiata otrzymała tytuł katedry. W 1818 stała się archikatedrą.
24 maja 1829 roku w świątyni odbyła się uroczysta msza po koronacji Mikołaja I Romanowa na króla polskiego (sam akt koronacji miał miejsce w Sali Senatorskiej na Zamku Królewskim).