Wzniesiony w latach 1360-1370 z fundacji króla Kazimierza Wielkiego. Bywało tu wielu znamienitych gości, głównie z dynastii Jagiellonów, w tym: Władysław Jagiełło, Kazimierz Jagiellończyk, Zygmunt Stary i Zygmunt August, św. Jadwiga, św. Kazimierz Jagiellończyk (patron Radomia), Fryderyk Jagiellończyk (przyjął tu insygnia kardynalskie). W świątyni odbywały się uroczystości o charakterze religijnym, m.in. chrzty z udziałem: ex króla Stanisława Leszczyńskiego i księcia Janusza Korybut Wiśniowieckiego (w XIX w. chrzest otrzymał Jacek Malczewski), a także patriotycznym i okazjonalnym, głównie w związku z odbywającymi się w zamku posiedzeniami Sejmu i Trybunału Skarbowego oraz zjazdów szlacheckich.
Pierwotnie była to gotycka, ceglana świątynia, o prostokątnej formie, z jedną nawą i niższym prezbiterium. W kolejnych wiekach dobudowano do niej kaplice kultowo-grobowe. W latach 1439-1460, przy zachodnio-północnej stronie kościoła, wzniesiono masywną wieżę-dzwonnicę, przykrytą ceglanym, stożkowym hełmem (obecnie widocznym jedynie od wnętrza). Pełniła ona również funkcję strażnicy miejskiej.
Na przestrzeni wieków świątynia była wielokrotnie odnawiana i przebudowywana. Ostatnia przebudowa kościoła na dużą skalę miała miejsce w latach 1908-1911 pod kierunkiem arch. Józefa Piusa Dziekońskiego. Wówczas kościół podwyższono, nawa główna została powiększona o jedno przęsło, a z kaplic utworzono nawy boczne. Z fundacji królewskiej fary zachowało się prezbiterium oraz częściowo mury nawy głównej, natomiast znajdujące się obecnie w kościele neogotyckie ołtarze wykonano w związku z przebudową kościoła. Polichromie wykonał w 1972 r. prof. Wacław Taranczewski. Od południowej strony do kościoła przylega kwadratowa kaplica nakryta półkolistym sklepieniem z herbami: Korwin, Półkozic, Janina, Odrowąż. Wystawił ją w 1630 r. Jan Kochanowski, chorąży koronny i starosta kozienicki. Ołtarz znajdujący się dziś w tej kaplicy był niegdyś wielkim ołtarzem. Ta późnorenesansowa kaplica swą formą nawiązuje do wawelskiej kaplicy zygmuntowskiej. Jej wnętrze ozdabiają sztukaterie w typie kalisko-lubelskim. Od południowej strony do kościoła przylega kwadratowa, otynkowana kaplica z kopułą. Wystawił ją w 1630 r. Jan Kochanowski z Baryczy, chorąży koronny i starosta kozienicki. Wnętrze kopuły pokrywa dekoracja stiukowa w typie lubelsko-kaliskim. W medalionach znajdują się tarcze z herbami rodziny fudatora: Korwin, Półkozic, Janina, Odrowąż. W kaplicy znajduje się późnorenesansowy ołtarz z początku XVII w., który do 1838 r. był ołtarzem głównym. W części środkowej ołtarza umieszczona jest rzeźba Chrystusa Ukrzyżowanego wykonana w 1885 r. przez Józefa Proszowskiego. Ta późnorenesansowa kaplica swoją formą nawiązuje do wawelskiej kaplicy zygmuntowskiej.
Na placu przykościelnym znajdują się dwie rzeźby. Pierwsza z nich to rzeźba św. Jana Nepomucena ufundowana została w 1752 r. przez Adama Grabowskiego, biskupa warmińskiego, prezesa Trybunału Radomskiego. Na postumencie umieszczono inskrypcję w języku łacińskim, herby rodziny Grabowskich oraz krzyż maltański. Nad tarczą widnieją: kapelusz, krzyż kardynalski i Order Orła Białego. Autorem tej rzeźby był Piotr Coudray, nadworny rzeźbiarz króla Augusta III. Druga to kamienna kolumna z rzeźbą Chrystus u słupa, została postawiona na pamiątkę jubileuszu i odrestaurowania kościoła farnego w 1837 lub 1838 r. Zarówno kolumna, jak i figura, wykonane są z piaskowca szydłowieckiego. W marcu 1993 r. figura ta została strącona z sześciometrowej kolumny przez wichurę i rozpadła się na kilkadziesiąt kawałków. Po konserwacji i renowacji powróciła na swoje miejsce w październiku 2007 r. Figura ta została przedstawiona na akwareli Andrzeja Wajdy.