La chiesa è nota anche col nome di Santa Maria Nera, perché nel Seicento una cappella interna fu realizzata ad imitazione della Santa Casa di Loreto. L’edificio fu eretto nel 1188, al posto di uno più antico, su progetto di un non meglio precisato maestro Guido, forse lombardo, forse toscano. Della chiesa medievale sopravvivono le due absidi minori e il fianco destro, su cui si apre un portale con archivolto a decorazioni vegetali. L'esecuzione presenta caratteri peculiari, rispetto a quelli tipici della produzione lucchese coeva. Nel 1580 la chiesa fu affidata ai Canonici Regolari della Madre di Dio, che subito si attivarono per creare gli ambienti conventuali.
La facciata risale alla fine del Seicento. Il disegno del portale è attribuito a Domenico Martinelli. Un riassetto globale attuato nel Seicento lasciò sostanzialmente invariato l’esterno romanico, ma trasformò notevolmente l’interno in chiave barocco-lucchese: stupenda è la decorazione dei capitelli dorati, degli archi e dei soffitti dipinti. Dopo questo intervento, la chiesa di Santa Maria Corteorlandini divenne uno dei più interessanti esempi di decorazione barocca esistenti nell’area.
L’interno conserva opere di Guido Reni, A. Michele Colonna, Francesco Vanni, Antiveduto Gramatica. Unica eccezione all’atmosfera barocca del tempio è un ovale del Tofanelli (1809). Alla chiesa appartiene anche una notevole statua in legno di San Nicola da Tolentino, scolpita nel 1407 da Francesco di Valdambrino, ora conservata nel Museo Nazionale di Villa Guinigi.
