Karalienė Bona 1540 m. įsakė seniūnijos valstiečiams visokeriopai remti Palangos bažnyčią. 1579 m. minimas Palangos klebonas. 1590 m. bažnyčiai dovanotas Paliepgirių kaimas (patvirtinta 1597 m.). Iki 1597 m. pastatyta bažnyčia (vietoj protestantų atimtos), 1613 m. įkurta parapija, 1640 m. – altarija.
1767 m. pastatyta nauja medinė bažnyčia. 1804–1862 m. veikė parapinė mokykla. 1871 m. į Palangą grįžo kunigas Vladislovas Duseika, 1863 m. už ryšius su sukilėliais buvo ištremtas (mirė 1890 m. Palangoje).
1898–1907 m. pastatyta dabartinė mūrinė bažnyčia (Karlo Eduardo Strandmano projektas). Trečdalį statybos išlaidų sumokėjo grafas Tiškevičius, kitas – parapijiečiai, vadovaujami klebono Juozapo Šniukštos.
Manoma, kad ant Birutės kalno XVI a. buvo koplyčia. Žemaičių vyskupijos konsistorija, remdamasi Rusijos įstatymų sąvado straipsniu, kuriuo bažnyčių ir koplyčių atstatymui nereikalaujama valdžios leidimo, 1866 m. pradžioje nusiuntė Palangos klebonui Steponavičiui mūrinės koplyčios projektą ir įsakė ją pastatyti ant Birutės kalno. 1866 m. teismo sprendimu įsakyta nugriauti baigiamą įrengti koplyčią. Gyventojams užprotestavus, koplyčia išsaugota ir stovi iki šiol. Ilgametis Palangos klebonas Jonas Ilskis (1907–1985) po Antrojo pasaulinio karo suimtas ir ištremtas. Į Lietuvą grįžo 1956 m.
Įdomu tai, kad dabartinės mūrinės bažnyčios statyba, nors ir remiama grafų Tiškevičių, buvo tikra parapijiečių auka. Žmonės ne tik aukojo pinigus, bet ir patys nešė medžiagas iš toliau, nes Palanga buvo gana atokus kraštas. Klebonas Juozapas Šniukšta, vadovavęs statyboms, buvo žinomas dėl savo paprastumo ir gebėjimo įkvėpti žmones. Jis sakydavo, kad bažnyčia turi būti tvirta lyg uola, kad atlaikytų tiek jūros vėjus, tiek laiko išbandymus. Bažnyčios viduje esantis altorius, nors ir vėlesnis, buvo sukurtas vietinių meistrų, kurie jį puošė simboliais, menančiais apie Palangos žvejų gyvenimą ir tikėjimą. Tai vieta, kur dangaus ir žemės reikalai susilieja.