Die Kirche und das Kloster Santa Maria in Organo wurden im 8. Jahrhundert von Benediktinermönchen gegründet, die dem Patriarchen von Aquileia unterstanden. Der Name könnte vom Organum stammen, einer lokalen Vorrichtung, mit der Wasser aus der Etsch entnommen wurde. Zwischen dem 11. und 12. Jahrhundert wurde die Kirche mit drei Schiffen, halbrunden Apsiden und einer Krypta mit Oratorium wiederaufgebaut. Im 15. Jahrhundert ging sie an die Benediktinermönche von Olivetano über. Diese begannen mit dem Wiederaufbau des Sakralbaus und der Klosterresidenzen und riefen die besten Künstler der Stadt herbei (Domenico und Francesco Morone sowie Giovanni Francesco Caroto).
Der Olivetaner-Mönch Giovanni da Verona schuf zwischen 1494 und 1499 den Holzchor mit 41 Stühlen, die mit Heiligenfiguren und perspektivischen Ansichten verziert waren. In dessen Mitte stellte er 1501 ein großes Lesepult mit der Figur eines Kaninchens auf. Zwischen 1519 und 1523, als Cipriano Cipriani Abt war, schuf Giovanni die Sakristei mit einer zehn Meter langen Wandverkleidung. Diese stellt architektonische Ansichten, liturgische Gegenstände und Arbeitsgeräte dar und wurde von Giorgio Vasari als die schönste Italiens angesehen. Die Intarsienarbeiten von Bruder Giovanni sind ein Meisterwerk der Renaissance.
Die Fassade der Kirche erinnert an den Malatesta-Tempel von Leon Battista Alberti in Rimini und weist drei tiefe Bögen sowie Pilaster auf, die mit korinthischen Säulen verbunden sind. Sie wurde ab 1546 von Michele Sanmicheli entworfen, einem der bedeutendsten Architekten Veronas in jener Zeit. Der obere Teil der Fassade, an dem die romanische Mauer aus abwechselnd Ziegeln und Steinen zu sehen ist, blieb unvollendet.