Bis weit in das Mittelalter reicht die Geschichte von „Maria im Weingarten" zurück. Bereits im 10. und 11. Jahrhundert befand sich an der Stelle des heutigen Gotteshauses eine dem Apostel Bartholomäus geweihte Kirche. Sie war zugleich die Urpfarrkirche Volkachs und der Siedlungen an der Mainschleife. Von den einst dort stehenden Häusern der Vikare und Kirchner sind nur die Gebäude beidseits des Tores erhalten. Als sich Volkach im 13. Jahrhundert zur Stadt entwickelte, verlegte man die Gottesdienste in die Tochterkirche im Tal, die bald auch das Bartholomäus-Patrozinium übernahm.
1332 siedelten sich Beginen auf dem Kirchberg an.Um 1370 entstand das Volkacher Gnadenbild. Nach Aufhebung der Beginenklause im Jahre 1422 übernahm eine Marienbruderschaft, der auch der Würzburger Bischof Gottfried Schenk von Limpurg (1444-55) angehörte, die Pflege der Wallfahrt. Die große Spenden- und Opferbereitschaft unter Adligen und Bürgern ermöglichte bald einen Kirchenneubau, der im Wesentlichen unter Bischof Rudolf von Scherenberg (1466-95) ausgeführt wurde. Ein letzter Rest der abgetragenen Vorgängerkirche befindet sich im nicht ausgebauten Turm zwischen Chor und Langhaus: Der heute als Sakristei genutzte Raum bildete einst den Altarraum der Chorturmkirche.
Zunächst entstand der Chor, der 1451 geweiht wurde. 1457 folgte das Langhaus, das reichhaltig mit Kunstwerken ausgestattet wurde: Dazu gehören unter anderem ein Wandfresko des hl. Christophorus, farbenprächtige Chorfenster, ein spätgotisches Kruzifix und eine Holzplastik der Anna Selbdritt aus der Riemenschneider-Schule. Kurz vor Vollendung der Kirche gab man 1521 bei Tilman Riemenschneider die „Madonna im Rosenkranz" in Auftrag. 1524 fertiggestellt, bildet sie eine der letzten Arbeiten Riemenschneiders.
Die ursprünglich gotische Einrichtung musste ab 1664 einer barocken Ausstattung weichen, 1750 wurde der barocke Dachreiter über dem Chor errichtet. Ab 1880 wurden die barocken Elemente durch eine neugotische Ausstattung ersetzt, die wiederum 1955 völlig entfernt wurde. Nach umfassender Außenrestaurierung in den Jahren 1976/77 folgte schließlich 2002 eine Neugestaltung des Innenraumes unter Federführung von Domkapitular Dr. Jürgen Lenssen, der den Raum wieder als Ort der Stille und Andacht erleben lassen will.