La chiesa di Marola è una delle più antiche della zona; è sempre stata intitolata alla Madonna, come attesta una lapide che riporta la dedicazione a Santa Maria in Marola. Nel 1277, il feudo di Marola, che apparteneva ai canonici vicentini, venne acquistato dalle monache benedettine di San Pietro che, fino ai primo del Novecento, ebbero la giurisdizione della chiesa. Nel XIII secolo, Marola era già attestata come parrocchia e, nel secolo XIV, possedeva un proprio fonte battesimale e un proprio cimitero. I libri canonici della parrocchia iniziano nel 1564.

Secondo le notizie riportate in un inventario di beni datato 1634, già da tempo funzionavano le confraternite del Santissimo Sacramento e del Santo Rosario. All'epoca, la chiesa era situata al limite di un agro centuriato che terminava a sud-ovest, presso l'argine del fiume Tesina. I nobili Fiocardi, nel 1774, la cedettero, venisse utilizzata come parrocchiale, ma le acque mettevano a rischio l'edificio. Nel 1879 si pose rimedio al problema con la costruzione di una nuova chiesa, oltre il fiume. L'edificio attuale, conserva la struttura ottocentesca, ma, nel Novecento, la facciata fu modificata a seguito di alcuni restauri.