Hluboké kořeny kostela sahají hluboko do středověku. První zmínka o kostelu svaté Máří Magdaleny na tomto místě pochází z roku 1485, přestože se předpokládá, že byl založen již ve druhé polovině 14. století. Farnost vznikla v roce 1491. Od počátku jej spravovali křižovníci s červenou hvězdou, původně za podpory rodiny Šliků, a tuto správu si zachovávají až do současnosti.

Během staletí se starý gotický kostel dostával do zhoršujícího se stavu. S rostoucím počtem měšťanů a zvláště s příchodem hoů přitahovaných karlovenskými lázněmi se kapacita kostela ukázala jako nedostatečná. Stavba nebyla po technické stránce bezpečná – stála na špatných základech, kudy prosakovala spodní voda, a docházelo k zřícení kleneb. Situaci řešil v roce 1728 příjezd velmistru křižovnického řádu Františka Matěje Böhma spolu s pražským architektem Kiliánem Ignácem Dientzenhoferem. Během pouhých 14 dnů vypracoval Dientzenhofer dva návrhy na umístění nového kostela s detailním zakreslením struktury podloží. Rozhodovací proces ovlivnilo i osobní zájmu cisaře Karla VI., který do lázní pravidelně přijížděl a léčil se zde se svým dvorem. Roku 1732 věnoval na stavbu tisíc dukátů a vydal stavební povolení.

Základní kámen nového chrámu byl položen 27. dubna 1733. Pod vedením pražského stavitele Tomáše Hansena probíhala bourání staré stavby a zahájila se novostávba. Práce postupovaly dynamicky – do 9. září 1733 byl hotov presbytář se sakristií, a 1. října 1736 byla dokončena kupole a hrubá stavba. Vnitřní vybavování a zdobení pokračovaly v následujících letech za účasti pražského štukáře Ignáce Palliardího a mnoha dalších řemeslníků. Celkové náklady stavby dosáhly 95 tisíc zlatých.

Nový chrám představuje majestátní dílo. Jednoloďní barokní kostel má půdorys podélné elipsy a dominují jej dvě vysoké čtyřboké věže v průčelí s konkávně prohnutým obryem. Věže se člení na dvě patra, vybaveny ciferníky věžních hodin viditelných ze tří stran a zakončeny cibulovitými báněmi. Vnitřek čaňuje oválná hlavní loď se sklenutím kupolí a oválný presbytář na půdorysu příčné elipsy. Prostor se doplňuje šesti osově symetrickými kaplemi oddělenými sloupy s bohatě profilovanou zalamovací římsou. V 19. století kostel prošel úpravami – roku 1861 byly věže přestavěny s novobarokními báněmi a roku 1881 dal karlovarský podnikatel Heinrich Mattoni vytvořit v Innsbrucku dvě vitráže s motivy Krista v Emauzích a Poslední večeře Páně.

Farní hřbitov, který kostel původně obklopoval, měl dramatický osud. Nařízením cisaře Josefa II. byl v roce 1784 zrušen. Ostatky byly částečně přemístěny ke kostelu svatého Ondřeje, část však zůstala v kapli pod novým kostelem, kde byla zřízena kostnice. V 19. století se sem pojilo mnoho kulturních osobností – zde například působil historik August Leopold Stöhr. Roku 2010 byl chrám zařazen do seznamu národních kulturních památek, čímž byla oficiálně uznána jeho výjimečná historická a architektonická hodnota.