Les premières pierres de l'édifice religieux catholique furent posées au 11e siècle. D'origine romane, la collégiale primitive est transformée au Moyen Age en église gothique à cinq nefs.
Edifiée sur un éperon rocheux dominant d'une trentaine de mètres le paysage, la basilique construite en pierre grise calcaire du pays est visible de loin et impressionne de par ses dimensions. Son clocher du 12e siècle flanqué d'une flèche de quatre tourelles, surmonté d'un bulbe est l'image emblématique de Walcourt. Si certaines parties basses et fondations présentent les caractéristiques du style roman, l'édifice actuel et largement gothique.
Sa consécration est relativement récente puisque ce n'est que le 23 mai 1950 que le pape Pie XII élève la collégiale Saint-Materne au rang de basilique mineure.
En 1928, un important incendie ravage le bâtiment. Alors que la collégiale est presque entièrement détruite, la statue de la Vierge, œuvre de Saint-Materne, qui se trouvait dans l'église apparaît au-dessus des flammes et se pose sur un arbre dans un jardin voisin. On ne parvient pas à la descendre. Appelé sur les lieux, le seigneur de Walcourt promet de reconstruire la collégiale et fonder un monastère, prémices de l'abbaye du Jardinet.
Au-delà de la légende ou corrélation avec l'histoire imaginaire, les faits sont que le chœur de la collégiale est effectivement construit entre 1225 et 1250 et que le seigneur a comme il l’a promis fondé une abbaye cistercienne.
Depuis le 13e siècle, la statue miraculeuse attire la foule. Malgré les vicissitudes des temps avec leur pillage suivi de reconstruction, le sanctuaire marial reste toujours autant populaire. Au Moyen Age, nombreux étaient les pécheurs repentis qui, en guise de pénitence, faisaient un pèlerinage à Notre-Dame de Walcourt.
En 1329, beaucoup implore la Vierge Marie lors d'une épidémie de peste qui ravage la ville. En reconnaissance, une procession traverse toute la seigneurie, ancêtre de ce qui deviendra plus tard le grand tour de la Trinité. Malgré le coup de frein engendré par les troupes révolutionnaires françaises, les pèlerins viennent en nombre au 19ème et 20ème siècles. En 1907, 40 000 personnes prennent part à la procession de la Trinité.
La Basilique recèle de nombreux trésors comme la statue Notre-Dame de Walcourt, le jubé offert par Charles Quint, les stalles, la sacristie et des pièces d’orfèvreries.
