L'Ordine dei Servi di Maria, cui fa riferimento questa chiesa, nasce nella seconda metà del XIII° secolo e viene approvato da Papa Benedetto XI° nel 1304. Negli anni 1513-1515 frà Nicolò Malacrida da Como riceve il compito di edificare un nuovo convento ed egli sceglie la zona di Melegnano che allora si chiamava Borgo del Lambro. I resti dell'antico convento sono visibili dalla via San Martino, appena dopo la tipografia Maraschi. Appena un secolo dopo la costruzione del convento e della chiesa dei Serviti, una relazione del 1650 ci assicura che la chiesa ha tre cappelle: la cappella grande con il coro, una minore della Madonna ed un'altra dedicata a San Fermo.
Un avvenimento importante del secolo XVII° è circondato da un fascino di sapore popolare. Una tradizione narrava che in una casa accanto alla chiesa si trovasse dipinta una Vergine Addolorata e che dovendo essere abbattuta la casa frà Isidoro Sesti dei Serviti riuscisse a recuperare il dipinto che restaurato e ridipinto venne collocato in una cappella situata accanto alla chiesa. Attorno a questo dipinto si adunava la gente, perchè vi era fama che la Vergine facesse molti miracoli, il 22 giugno del 1660 venne effettuata una grande manifestazione di fede in onore di questo quadro, manifestazione che si ripetè poi nel 1693, quando l'immagine fu portata in solenne processione per le vie dell'intero paese, con immenso concorso di fedeli.
La chiesa aveva subito le inclemenze del tempo ed era necessaria la sua ricostruzione, il prevosto Candia nato a Melegnano nel 1728 e mortovi nel 1812 benedisse la chiesa risorta l'11 maggio 1768, con l'autorizzazione dell'allora arcivescovo di Milano cardinale Giuseppe Pozzobenelli.
Nel 1895 il campanile fu ristrutturato e venne rialzato di quattro metri, raggiungendo la quota attuale. 
In cantoria, sopra l'ingresso principale è collocato un organo.