Kościół rozpoczęto budować przed 1257 rokiem, a jego fundatorem był książę kaliski Bolesław Pobożny wraz z żoną, księżną Jolentą. Za życia Bolesława Pobożnego zbudowano częściowo prezbiterium, dwuprzęsłową zakrystię i płaską przybudówkę empory dla księcia. Prezbiterium i zakrystię dokończył pod koniec XIII wieku warsztat czeski, przypuszczalnie za życia kolejnego księcia Przemysła II.

W połowie XIV wieku zbudowano od zachodu gotycką wieżę, a po jej ukończeniu zbudowano trójnawowy korpus kościoła w postaci gotyckiej hali z czterema przęsłami. Przypuszczalnie była to inicjatywa króla Kazimierza Wielkiego, który oddał kościół pod opiekę kanoników laterańskich (przebywali w Kaliszu do 1810 roku). W 1441 arcybiskup gnieźnieński Wincenty Kot wyniósł kościół do godności kolegiaty zakonnej. W 1448 roku kanonicy laterańscy wznieśli stojący przy kościele gotycki budynek pełniący funkcję klasztoru, połączony w latach 1538-1822 z kościołem krytym przejściem.

W 1609 roku kościół się spalił, w związku z czym odbudowano go w latach 1612-1639 pod kierunkiem architekta Albina Fontany, który nadbudował mury i założył nowe sklepienia kolebkowe z dekoracją stiukową w typie lubelsko-kaliskim. Ołtarz główny barokowy zbudowano w w 1662. W 1706 roku spalił się dach i w wyniku pożaru zawaliła się wyniosła wieża kościelna. W 1822 r. świątynia stała się na powrót kościołem diecezjalnym. W latach 1869-1876 dokonano renowacji kościoła oraz zbudowano nowe zwieńczenie wieży w stylu neogotyckim wg projektu Franciszka Tournella. Do wieży dostawiono także w tym okresie neogotycką kaplicę grobową.

Około 1895 roku w dawnej zakrystii i kapitularzu urządzono kaplicę Matki Boskiej Pocieszenia, zwanej też "Pod Orłami". W 1909 roku witraże i polichromię w tej kaplicy wykonał Włodzimierz Tetmajer. Ściany zdobią piastowskie orły i postacie polskich świętych i błogosławionych. Z kolei witraże przedstawiają m.in. Matkę Bożą Częstochowską oraz Matką Bożą Ostrobramską. Obraz w kaplicy to "Alegoria Umarłej Polski" i scena z księżną Jolantą i Bolesławem Pobożnym. Wystrój kaplicy na żądanie rosyjskich zaborców został częściowo zamalowany, lecz odtworzono go w 1932 roku po odzyskaniu przez Polskę niepodległości.

Prezbiterium dekorowane jest malowidłami Włodzimierza Tetmajera i jest on również autorem witraży w nawie głównej.

W 1973 roku z kościoła zaginął obraz Zdjęcie z krzyża Petera Paula Rubensa, zakupiony w pracowni malarza w Antwerpii w 1620 i sprowadzony do Kalisza w 1621 przez posła królewskiego i starostę kaliskiego Piotra Żeromskiego. Według oficjalnej, wówczas przyjętej wersji, obraz spłonął podczas pożaru w nocy z 13 na 14 grudnia. Według innych źródeł pożar mógł zostać wzniecony dla zatarcia śladów kradzieży

W świątyni chrzest św. przyjęli Adam Asnyk, Mieczysław Smorawiński, a ślub wzięła Maria Konopnicka