La Chiesa vecchia è stata costruita sui resti di un antico tempio etrusco poiché blocchi squadrati di tufo ne costituiscono la fondazione, in seguito ha mutato più volte il suo aspetto. Inizialmente era composta da una sola navata, poi fu subito ampliata con l’aggiunta delle altre due.

Un’importante trasformazione della chiesa avvenne intorno al 1100, quando si adattò ai canoni del vigente stile romanico e fu dotata del campanile. Nel 1231 fu rinnovata la pavimentazione ad opera di artisti toscani in stile “cosmatesco”, ovvero caratterizzata dalle tarsie marmoree che componevano figure geometriche, se ne può ammirare un lacerto addossato alla parete della navata sinistra. Altri importanti cambiamenti furono effettuati nel 1674, quando Cerveteri passò dalla proprietà: dagli Orsini al dominio dei Ruspoli. La Chiesa di Santa Maria Maggiore fu collegata con un passaggio all’adiacente residenza nobiliare e fu usata come cappella di palazzo. Nel 1952, sotto la guida dell’architetto Giorgio Romanini, in seguito a lavori di ampliamento, la chiesa torna allo stile romanico.

Pochi anni dopo nel 1959, all’antica chiesa fu addossato un nuovo corpo longitudinale romanico attribuendo all’edificio romanico la funzione di transetto. Tuttavia l’apertura ad arco che univa le due chiese fu recentemente murata.