1861年(清咸豐11年)，由郭德剛神父創建，後因地震及火災而毀。1869年(清同治八年)由良方濟(Francisco Herce)神父重建。建堂用的木料自福州訂購，教堂牆壁的材料是由碎石、石灰、黑糖、蜂蜜、木棉、火磚…..混合而成，卻堅硬無比。教堂正面為雙塔式的建築，有如西班牙古堡。1870年完工。清末沈葆楨曾因巡視台灣南部開山工事途經萬金，目睹萬金村民信奉天主教後，民情敦厚，而發覺西方天主教對於教化頗有裨益，於是奏請朝廷冊封該堂。清廷准奏頒詔，諭令沈葆楨鐫刻「奉旨」及「天主堂」花崗石各一塊，於1875年鑲嵌於教堂正面。從此官兵路經堂前，見「奉旨」如君臨，必下馬為禮。整座教堂由西正面、中央禮拜堂及東面環形殿三個造型構成。西正面基本上分成三部份，中央為主入口，兩側為角塔。南塔一樓為辦公室、二樓為小集會室；北塔為儲藏室，入口處上方另有一閣樓。中央禮拜堂的空間規制亦屬「巴西利卡式」，由柱列分隔中殿及通廊二個部份，中殿的寬度約為通廊之兩倍。聖壇後面以牆壁隔出一個環形殿，擺有一具聖龕。東面環形殿的一樓設有尖拱窗，二樓則有彩繪玻璃。1960年整建後，禮拜堂的中殿木柱雖已改為鋼筋混凝土構造，但整體而言，仍是目前台灣保存最古老的教堂。1984年教宗若望保祿二世敕封萬金天主堂為「聖殿」，為天主教會中列屬第一等級的教堂，可獲賜最高神恩，是全台首座聖殿。天主堂升格為聖殿後，中央牆面上加飾有「萬金聖母聖殿」。