Según la tradición, San Gil o Egidio ermitaño y abad llegó al valle alrededor del año 700. Este santo, de origen ateniense, residió en el valle durante cuatro años. Siempre según la leyenda, el santo talló una imagen de la Virgen que escondió en una cueva al verse obligado a huir del valle cuando los árabes invadieron la Península Ibérica. Junto a la Virgen dejó escondidas la olla que utilizaba para hacer la comida, la cruz que presidía sus rezos y la campana con la que llamaba a los pastores para que vinieran a comer. 

En 1072, un peregrino procedente de Dalmacia, y de nombre Amadeo, llegó al valle buscando la imagen de la Virgen según una revelación divina. Construyó una pequeña capilla a la que acudían los peregrinos. En 1079 encontró la imagen, junto a la cruz, la campana y la olla y trasladó todos los objetos sagrados a la capilla. 

La imagen de la Virgen de Nuria que hoy se venera es una talla datada entre el siglo XII o siglo XIII. Se trata de una talla en madera de estilo románico. De rasgos primitivos, la talla mantiene aún su policromía perfectamente conservada. La Virgen tiene al Niño sentado sobre su rodilla izquierda. Éste tiene una de sus manos levantadas en señal de bendición. Tanto María como el Niño visten manto y túnica. Antes de la restauración, la imagen tenía un color negruzco provocado por el paso del tiempo, la humedad y el humo de las velas. Este color le valió el apelativo de moreneta del Pirineu. 

En el año 1087, los pastos del valle de Nuria (citado como Annúria) fueron cedidos al monasterio de Santa María de Ripoll por Guillem Ramón de Cerdaña. 

En el año 1162 el valle contaba con un albergue que hacía las funciones de hospital y refugio de pastores. Junto al albergue se encontraba una capilla dedicada a Santa María. Ese mismo año, el papa Alejandro III concedió indulgencia a todos los peregrinos del lugar. 

El terremoto de 1428 destruyó por completo el albergue y la capilla. Se realizó una primera reconstrucción en 1449 y se reconstruyeron por completo entre 1640 y 1648. En 1728 fueron ampliados. 

En 1931, en la habitación número 202 del hotel, se redactó el que sería el Estatuto de Autonomía de Cataluña, que quedó refrendado en las urnas el 2 de agosto de 1931 y aprobado por las Cortes el 9 de septiembre de 1932. 

El 22 de julio de 1936, pocos días después de que se iniciara la Guerra Civil española, el por aquel entonces rector de la parroquia huyó a Francia, llevándose consigo la imagen de la Virgen de Nuria.  

La imagen terminó en Suiza y estuvo oculta hasta 1941, año en el que regresó al valle.  

La iglesia actual es de construcción reciente y tiene forma de cuadrado abierto por uno de los lados. A su lado, además del hotel, se encuentran cuatro casas destinadas a acoger a los peregrinos. Justo enfrente se encuentra la capilla de San Gil donde, según la leyenda, se encontró la imagen de la Virgen. Fue construida en 1615 y ampliada con posterioridad.