No século VIII, os monges beneditinos fundaram a igreja e o mosteiro de Santa Maria in Organo . Estes dependiam do Patriarca de Aquileia. O nome pode derivar doorganum, um dispositivo do local que retirava água do rio Ádige. Entre os séculos XI e XII, a igreja foi reconstruída com três naves com absides semicirculares e uma cripta de oratório. No século XV, passou para os monges beneditinos olivetanos, que iniciaram uma obra de reconstrução do edifício sagrado e das residências do mosteiro, convocando os melhores artistas da cidade (Domenico e Francesco Morone, Giovanni Francesco Caroto).
O frade olivetano Giovanni da Verona construiu o coro de madeira entre 1494 e 1499, com 41 assentos embutidos com figuras de santos e vistas em perspetiva, em cujo centro colocou um grande púlpito em 1501, caracterizado pela figura de um coelho. Entre 1519 e 1523, quando era abade Cipriano Cipriani, Giovanni construiu a sacristia - considerada por Giorgio Vasari a mais bela de Itália - com um espaldar de dez metros de comprimento que representava vistas arquitetónicas, objetos litúrgicos e instrumentos de trabalho. Os espelhos embutidos do frade Giovanni são uma obra-prima do Renascimento.
A fachada da igreja, que recorda o Templo Malatestiano de Rimini de Leon Battista Alberti, mostra três arcos profundos e pilastras ligadas a colunas de ordem coríntia. Foi projetada a partir de 1546 por Michele Sanmicheli, o grande arquiteto veronês da época. A parte superior da fachada, onde se pode ver a parede românica de tijolos alternados com pedra, ficou inacabada.