Il 15 luglio del 1228, a soli due anni dalla morte, Francesco venne proclamato santo da papa Gregorio IX; il giorno dopo, lo stesso pontefice e frate Elia da Cortona, sino all'anno prima vicario generale dell'Ordine minoritico, posero la prima pietra dell'imponente basilica, come pattuito l'anno prima. Fu ben presto chiaro che il nuovo tempio sarebbe stato una specialis ecclesia, ovvero sia il santuario ospitante le spoglie del santo, sia la chiesa madre dell'Ordine[1].

Secondo la tradizione fu lo stesso Francesco ad indicare il luogo in cui desiderava essere sepolto. Si tratta della collina inferiore della città dove abitualmente venivano sepolti i senza legge, i condannati dalla giustizia (forse anche per questo era chiamata Collis inferni). Quel colle, donato da Simone di Pucciarello, fu ribattezzato Collis paradisi e su di esso fu edificata la nuova basilica, al margine nord-occidentale della città murata. Sebbene le disposizioni testamentarie di Francesco (1226) raccomandassero la costruzione di chiese secondo la primaria regola della povertà, disposizione confermata anche nello statuto redatto sotto Bonaventura da Bagnoregio (1260), la basilica rappresentò un'evidente deroga al rigore tipicamente francescano[1]. Tale impresa fu possibile per una lettura delle strutture ecclesiali come mezzo di trasmissione per il messaggio francescano, soprattutto attraverso le decorazioni figurative che dovevano creare delle vere e proprie Biblia pauperum, ovvero "Bibbie per i poveri" analfabeti, incapaci di leggere ma di istruire attraverso le immagini[1].

La chiesa, che fu uno dei capisaldi della diffusione del gotico in Italia, aveva molteplici finalità. Prima di tutto era il luogo di sepoltura del fondatore dell'ordine, che già dopo due anni dalla sua morte veniva considerato una delle figure più significative della storia del Cristianesimo: per questo si predispose una dimensione adeguata ad una meta di pellegrinaggio e devozione popolare. Un secondo ordine di interessi era più strettamente legato al papato, che vedeva ormai nei francescani, dopo la diffidenza iniziale, gli alleati per rinsaldare i legami con i ceti più umili e popolari. Per questo nella basilica si fusero esigenze legate ai flussi di pellegrini (ampiezza, corredo di rappresentazioni didascaliche) con lo schema di una cappella palatina (la basilica era infatti Cappella pontificia) secondo i più aggiornati influssi gotici, come la Sainte-Chapelle di Parigi, dove pure sono presenti due chiese sovrapposte ad aula unica.

La costruzione della basilica venne avviata nel 1228 da Gregorio IX e fu consacrata il 25 maggio 1253 da papa Innocenzo IV. A cominciare da papa Innocenzo IV la basilica fu posta sotto la diretta dipendenza del papa. Non si conoscono i nomi degli architetti, indicati ipoteticamente nelle figure dello stesso frate Elia, di Lapo o Jacopo Tedesco (quest'ultimo citato da Vasari), di fra Giovanni della Penna o di fra Filippo da Campello[2].

La basilica inferiore doveva essere già completa nel 1230, quando vi venne solennemente trasferita la salma di san Francesco e, secondo la tradizione, il corpo fu nascosto per evitare che venisse trafugato. Solo nel 1818 fu ritrovato, tumulato in un sarcofago sotto l'altare maggiore. Le spoglie provenivano dalla chiesa di San Giorgio (poi inglobata nel complesso della basilica di Santa Chiara). All'inizio la basilica (inferiore) doveva corrispondere alle attuali campate dalla seconda alla quarta, di forma rettangolare in pianta e di una semplicità vicina al modello francescano[3]. La struttura abbastanza semplice venne presto modificata secondo linee più maestose, ispirandosi in parte all'architettura romanica lombarda, con nuove suggestioni gotiche legate agli edifici costruiti dall'ordine cistercense. Quando divenne generale dell'Ordine frate Elia (1232) si decise infatti di edificare due chiese sovrapposte, di proporzioni ben maggiori, che esaltassero la gloria del santo fondatore e dell'Ordine stesso. All'impianto primitivo venne aggiunta un'altra campata verso est, il transetto e l'abside, mentre all'esterno venivano costruiti pilastri e contrafforti per sopportare il peso della basilica superiore[3]. Per la stessa ragione la copertura originaria a capriate venne rifatta con volte a crociera costolonate. Si andò così diversificando la doppia funzione dell'edificio: sotto chiesa tombale e cripta, sopra aula monastica, spazio per le prediche e cappella papale[3]. La svolta gotica nell'architettura viene verosimilmente legata all'ascesa dell'inglese Aimone da Faversham quale generale dell'Ordine (1241), che chiamò al cantiere maestranze transalpine. Il risultato fu una sorta di "gabbia gotica"[4] in cui lo scheletro nervato della basilica superiore contrasta con l'aspetto romanico delle fronti esterne, generando discontinuità, ma anche la spiccata originalità dell'edificio[2].

La scarsità di fonti scritte per il periodo successivo impedisce di delineare l'avanzamento dei lavori, almeno fino alla consacrazione del 1253, data alla quale non necessariamente tutti i lavori dovevano essere conclusi[3]. La costruzione della cappella di Santa Caterina nel 1367 consacrò l'aspetto della basilica che non subì sostanziali modifiche nei secoli successivi.

Nel XIII secolo vi predicò San Bonaventura da Bagnoregio, il quale vi tenne ben 16 sermoni; nel secolo successivo vi predicò anche san Bernardino da Siena. Nel 1798 la basilica fu invasa dai francesi e depredata. Nel 1810 l'ordine fu soppresso, però nel 1814 i francescani vi ritornarono.

L'ordine francescano fu nuovamente soppresso subito dopo l'unità d'Italia ed il convento divenne un Convitto nazionale. La Chiesa ne rientrò in possesso solo nel 1927. Nel 1939, con la proclamazione di Francesco patrono d'Italia, la basilica divenne Santuario nazionale.

Nel convento abitò san Giuseppe da Copertino (XVII secolo), che fu ammirato e seguito da Maria di Savoia. Nel 1702 Angela Maria del Giglio e Giuseppe Antonio Marcheselli fondarono qui la congregazione delle Suore Francescane Missionarie di Assisi.

Nella basilica si trovano le tombe di:

Il tesoro della basilica fu ripetutamente depredato; nel 1320 da Muzio di Francesco, capo dei fuoriusciti ghibellini che si erano impadroniti della città, nel 1492 dai Baglioni, nel 1497 da Jacopo Fiumi ed alla fine del XVIII secolo dai francesi[5].

Per quanto riguarda la decorazione ad affresco essa dovette iniziare nella basilica inferiore con le scene nel transetto (non esistevano ancora le cappelle laterali) ad opera del Maestro di San Francesco (1253 circa). Seguì probabilmente Cimabue che dipinse la Maestà nel transetto destro della basilica inferiore (e forse altri affreschi perduti, nel 1278 circa), la cui buona riuscita spinse i committenti ad affidargli la decorazione del coro e del transetto della basilica superiore. In questa vasta commissione, oggi in pessime condizioni anche a causa di errori tecnici, si distinsero gradualmente altri maestri, come il Maestro Oltremontano e il Maestro della Cattura.

All'inizio degli anni novanta si iniziarono a dipingere le vele e i registri superiori della navata, con maestranze romane (Jacopo Torriti) e toscane. Tra gli artisti impegnati in queste Storie dell'Antico e del Nuovo Testamento spiccò presto un maestro innovatore, il cosiddetto Maestro di Isacco, tradizionalmente identificato col giovane Giotto o con un maestro romano, forse Pietro Cavallini. Lo stesso maestro si vide poi affidato il ciclo più importante, quello delle 28 Storie di san Francesco: anche in questo caso è tradizionale il riferimento a Giotto, molto probabilmente autore effettivo del ciclo, ma altrettanto probabile è la presenza di altri capibottega, in particolare il "secondo capobottega" che Federico Zeri e altri studiosi riconobbero in Pietro Cavallini, ipotesi tuttora controversa.

Allo scadere del secolo la decorazione della basilica superiore doveva essere terminata e il principale capobottega doveva lasciare il cantiere delegando a un maestro meno dotato il completamento delle ultime scene, il Maestro della Santa Cecilia.

La decorazione riprese dalla basilica inferiore verso il 1307 e questa volta è sicura la presenza di Giotto, sebbene coadiuvato da numerosi collaboratori che rendono comunque difficile l'attribuzione delle scene. La bottega giottesca si occupò in sequenza della Cappella della Maddalena, del transetto destro e della volta sopra l'altare con le Allegorie francescane, terminando nel 1311 circa o, secondo un'altra ipotesi, nel 1334.

La volta con le Allegorie, con uno sfarzoso sfondo dorato, segnò ormai il culmine la revisione del pauperismo voluto dal fondatore dell'Ordine, all'insegna di una decorazione sempre più fastosa, secondo un processo graduale avviato dal generalato di Giovanni da Murro in poi. Negli anni venti del Trecento arrivarono ad Assisi i pittori senesi, quali Simone Martini e Pietro Lorenzetti, autori di straordinari cicli rispettivamente nella Cappella di San Martino e nel transetto sinistro della basilica inferiore. Entro gli anni trenta del Trecento la decorazione della basilica poteva dirsi completata.

Nel Seicento si verificò la ridipinture dell'abside della basilica inferiore, per rimediare al guasto Giudizio di Stefano Fiorentino, ad opera del Sermei (1623) e la decorazione di alcune parti della campata di ingresso e delle cappelle attinenti nella basilica inferiore ad opera di vari artisti locali.

  Lo stesso argomento in dettaglio: Restauro della basilica superiore di Assisi.

Tra il 1965 e il 1983 la basilica subì un'importante serie di lavori di restauro, mirati a consolidare le strutture e a salvaguardare gli affreschi, talvolta staccati recuperandone anche le sinopie (collocate nel museo del Tesoro)[2]

Il terremoto del 26 settembre 1997 causò profonde lesioni alla basilica superiore, con il crollo della volta in due punti (che provocò la morte di due frati e di due tecnici della Soprintendenza, ricordati con un'iscrizione nel pavimento all'ingresso della basilica) e ingenti danni al timpano sud del transetto: 130 metri quadrati di affreschi medievali furono ridotti in frammenti. In particolare crollò parte degli affreschi sulla volta della prima campata: il San Girolamo (attribuito da alcuni a Giotto giovane), dove erano raffigurati i Quattro Dottori della Chiesa; la figura di San Matteo, sulla volta raffigurante i Quattro evangelisti di Cimabue; inoltre, la volta stellata, ridipinta nell'Ottocento. Sull'arco di controfacciata e sul costolone, anch'essi crollati, rovinarono a terra otto figure di santi e altre decorazioni. La basilica rimase chiusa per due anni per i necessari lavori di restauro.