La primitiva basilica di Santa Maria gloriosa dei Frari e l’allora attiguo monastero, furono realizzati dai frati francescani, ma date le sue piccole dimensioni fu deciso di ingrandirla.
I lavori di ampliamento iniziarono nel 1330 a cura di Jacopo Celega, e terminarono nel 1492 sotto la guida del figlio Pier Paolo Celega.
La nuova chiesa era divisa in tre navate con transetto e sette absidi, che divennero otto nel 1420 con la realizzazione della cappella di San Marco opera di Giovanni Corner.
Al 1478 risale l’aggiunta di una nona abside di forma pentagona, conseguente alla realizzazione della cappella gentilizia della famiglia Pesaro.
Tra il 1432 e il 1434 su commissione del vescovo di Vicenza, Pietro Miani, fu costruita ai piedi del campanile la cappella di San Pietro.
La basilica attuale in mattoni a faccia vista è in stile gotico italiano e al suo interno è custodito l’unico recinto presbiteriale ancora in loco in tutta Venezia.
All’interno della chiesa sono custoditi anche due organi, di cui quello di sinistra fu costruito da Giovan Battista Piaggia, mentre quello di destra fu realizzato da Gaetano Callido tra il 1795 e il 1796.