Kostel svatého Mořice patří k nejdéle osídleným místům olomouckého území. Při stavbě obchodního domu Prior v 70. letech 20. století byly odkryty zbytky románské rotundy z 11. století a pozůstatky románského kamenného dvorce ze 12. století – důkaz, že v této lokalitě vznikala osídlení již v nejstarších dobách českého království. Tyto naleziště jsou nyní uloženy v depozitáři Národního památkového ústavu v Olomouci. Místo bylo křižovatkou obchodních cest, kde se konalo tržiště, a původní svatyně zde plnila pravděpodobně roli „trhového kostela". Archeologické průzkumy v sousední Pekařské ulici prokázaly, že nepřetržité osídlení sahá od velkomoravských dob přelomu 5. a 6. století.

První písemná zmínka o kostelu pochází z roku 1257. Založení a posvěcení chrámu jsou spojeny s olomouckým biskupem Brunem ze Schauenburku, který na Moravě zavedl kult svatého Mořice. Původní románsko-gotická stavba byla zkoušena ohněm – vyhořela v roce 1398 při velkém požáru města, a poté znovu hořela v letech 1404 a 1411. Z těchto staveb se, podle dochovaných pramenů, zachovala jen mohutná jižní věž.

Současný kostel, který stojí v Olomouci dodnes, byl vystavován v létech 1412 až 1492 jako gotické trojlodí. Jižní věž, kterou považují odborníci za nejstarší část chrámového komplexu, existovala již před rokem 1403. Mladší severní věž, která dlouho sloužila jako městská hláska, byla postavena roku 1412. Konsekrace chrámové stavby proběhla v roce 1492, přestože stavební práce pokračovaly ještě desítky let, až do roku 1540. Poslední pozdně gotické prvky jsou z prvních desetiletí 16. století – mezi nimi dvojité šnekovité kamenné schodiště na jižní věži, navýšení věže o cihlové patro s cimbuřím roku 1517 a vyzdobený portál jižního vchodu z roku 1521. Ze středověké doby pochází řada významných uměleckých děl – zejména desky tzv. Olomouckého oltáře a sousoší Olivetské hory, která představuje nejcennější gotické sochařství v Olomouci. Původní díla jsou dnes uložena v Arcidiecézním muzeu, v kostele lze vidět jejich věrnou repliku v původní barevnosti.

V renesanční době, roku 1572, byla ke kostelu přistavěna hrobka Václava Edelmanna z Brosdorfu, která patří mezi nejvýznamnější renesanční stavby v Olomouci.

Velký požár v roce 1709 postihł i tento chrám – zřítil se západní štít, poškodena byla severní věž a shořelo téměř veškeré vnitřní vybavení. V následujících letech prošel kostel rozsáhlou barokní modernizací. Vznikla řada nových oltářů zdobených malbami a sochami významných olomouckých umělců jako Václav Render, Jan Sturmer, Filip Sattler a Jan Kryšof Handke. Byl vybaven novými vyřezávanými lavicemi z dubu. Roku 1745 byly dokončeny barokní varhany umístěné na nově zbudovaném kůru. Ve třicátých letech 18. století vytvořil Filip Sattler samostatně stojící sochu svatého Mořice. Mezi roky 1725 a 1727 byla k severní straně chrámové haly přistavěna loretánská kaple – její vybudování finančně podpořila hraběnka Kateřina Beckertová a její dcera Mariana, provdaná za barona Josefa Petrasche.