La basilique abrite les reliques de Sainte-Marie-Madeleine. En effet, après avoir fuit la galilée, elle se serait réfugiée dans la grotte éponyme de la Sainte Baume à Plan d'Aups. A sa mort, elle fut enterrée là, à quelques kilomètres.
Dès le VIème siècle, un premier ensemble religieux aurait été créé à cet endroit, autour du tombeau.
Les travaux commencent en 1295 sur ordre du futur Roi de France Charles II et sur les plans de l'architecte Pierre le Français. En 1592, les travaux sont interrompus définitivement. Le portail et la grande porte d'entrée de la basilique ne seront jamais édifiés.
Avec ses 73 mètres de longueur, 43 mètres de largeur et 29 mètres de hauteur, la basilique est le plus vaste édifice gothique de Provence.