Vraisemblablement construite près des restes d'un temple romain qui devrait se situer à la partie nord-est de l'édifice, voire jusque sous le chœur actuel et sa chapelle sud si l'on en croit le carottage fait dans le pilier sud-est qui a donné du matériau de briques rouges représentatif des constructions primitives.
Il est possible qu'une autre église, qui pourrait être carolingienne, est été construite par-dessus l'édifice primitif, entre le IXe siècle et le début du XIe siècle, époque où Marignane est prieuré cistercien (1022-1029). Quand le cartulaire de Saint-Victor parle en 1018 d'un prieuré d'hommes à Marignane, il s'agit de celui du prieuré de Saint-Victor à l'est, futur Saint-Victoret et non de l'église Saint-Nicolas. La nef principale a été reconstruite, entre 1091 et 1094 selon le cartulaire de saint Victor. Il s'agissait peut être de l'église Sainte-Marie.
Cette nef est voûtée avec onze doubleaux en arc tiers point ou brisé légèrement affaissée. Son chœur doit dater du XIVe siècle et les travaux ont du se terminer vraisemblablement en 1336, date qui se trouvait au-dessus de la porte principale alors sur la nef, côté sud. Le tout a été « raccroché » à une ancienne tour peut être du rempart, modifiée dans sa partie haute et par deux piliers d'arêtes au nord-est et au sud-est pour être de même facture que l'ensemble et la renforcer. L'ensemble des gargouilles est homogène à l'exception peut être de celle au nord-est de facture plus ancienne.
La décoration de l'église avec atlantes et gargouilles pose question. En effet ces gargouilles, celles du chœur comme celles du clocher comportent toutes un canal d’évacuation des eaux. Or, si l’on peut imaginer que le toit de l’église n’a pas été refait dans les règles de l’art pour un écoulement des eaux de pluies vers les gargouilles, que penser de celles du clocher qui ont été placées pour décoration sans besoin de canal ? S’agit-il de matériaux de récupération d’une construction étrangère ? de ceux d’une autre d’une église de la cité ? d’une église sur le même emplacement ? Deux épées incrustées dans les deux premiers piliers nord-est de la nef. Récupération d’une autre église du village ? d’une église antérieure sur le même site ? Si ce n’était pas le cas cette récupération n’aurait aucun intérêt. Deux pointes de diamants taillés dans les deux piliers sud-est. Plus tard, au XVIe siècle, pour recevoir le retable, des constructions d’extension et d’embellissement furent réalisées par la construction de deux chapelles à l’ouest de celle du nord-est et deux au sud-est de l’édifice. Des figurines symboliques en cul de lampe, en plâtre (comme l’arc du chœur, sont réalisées dans le chœur et dans les deux nouvelles chapelles nord. Elles sont bien postérieures à celles en pierre sculptées de la chapelle primitive (nord-est) dite « chapelle des Anges » au XVIIe s. Les figurines du chœur, dont deux sont cachées par le retable représentent les apôtres et deux anges annonçant la bonne parole. Les figurines de la deuxième chapelle (au nord, la 2ème depuis l’est), représentent le « Christ-berger », au travers du bélier qui mène le troupeau ou les hommes; l’ange qui souffle la vie et l’Homme lui-même. Nous ne connaîtrons jamais la quatrième. La troisième chapelle, (au nord, la 3e depuis l’est), est une chapelle alchimique. On y trouve la « salamandre couronnée », symbole du roi François Ier, la « Tarasque » représentant en Provence la « Vouivre » ou la femme, être tellurique donnant son énergie au vivant. On y trouve également un « homme avec un bâton », l'« homme sauvage », celui dont la conscience ne l'a pas encore déconnecté de son appartenance à l'Univers. Nous ne connaîtrons plus la quatrième figurine disparue.
La porte principale actuelle date de 1823 et reprend le millésime de 1336 qui était celui de l’ancienne porte principale située à la partie sud-ouest de la nef. Les deux chapelles du sud-ouest de la nef et l’entrée sont postérieures au XVIIIe siècle et ne se trouvaient pas en 1760 lors des travaux de sauvetage de la voûte sur le point de s’effondrer. Il est probable qu’elles ont été réalisées en 1841 et 1842 « de la chapelle Sain-Joseph jusqu’au clocher » (devis du 8 mai 1841), à la fois pour l’harmonie de l’ensemble et pour renforcer l’ensemble de la voûte. Charles Esmieu, historien local de la fin du XIXe, début du XXe siècle, nous a signalé différents éléments cachés comme par exemple la « salle commune » du château découverte depuis qui sont dus à son témoignage ou à celui de générations lui étant proches et qui sont dignes de crédibilité. Aussi lui accordons-nous du crédit lorsqu’il nous témoigne de la présence constatée lors des aménagements de 1855, sous le pavage en marbre du sanctuaire, de dalles tumulaires portant des dates des IXe et XXe siècles et d’une date lapidaire de 800-V.
Nous ne savons pas ce qui a été fait en fouilles ou en déblaiement dans le sol lors de ces travaux, sachant l’intérêt que celui-ci a, compte tenu que notables et ecclésiastiques y ont été inhumés (dont Paul Covet) jusqu’au 15 mai 1776, date à laquelle est faite une déclaration royale interdisant les sépultures dans les églises. Ce lieu saint a été prieuré bénédictin de l’ordre de Cluny de 1022 à 1029, rattaché à Saint-Victor par la volonté de l’archevêque PONS au XIe siècle et uni au chapitre métropolitain du diocèse d’Arles. C’est en effet à Marignane qu’est né PONCIUS (Pons de Marignane), archevêque d’Arles au XIe siècle de 1022 à 1029. Sa mère se nommait Galle et son frère Francon ; peut-être Waldemari pour son père. Avec le pape Jean XIX le 26 mars 1027, il couronna empereur Conrad II le Salique. Il fît beaucoup de bien pour la Provence en général et pour Marignane en particulier à qui il fit don de nombreuses terres à son église. Le prieuré donc dépendait de l’abbaye de Cluny sous l’abbatiat d’Odilon cinquième abbé de Cluny qui établit la « trêve de Dieu » et institua la fête de la commémoration des morts, le 2 novembre. Le pape Grégoire V accorde en 998 le privilège d’exemption à l’abbaye de Cluny que le pape Jean XIX confirme en 1024 en l’étendant à tous les établissements clunisiens dont celui de Marignane qui ne dépendait plus alors de l’autorité diocésaine mais de l’autorité romaine.
François Ier, de retour de Marignan en 1516 était accompagné d'une horde d'artistes italiens dont Léonard de Vinci, artistes qui devaient donner son envol à la Renaissance française. Tout au long de son chemin, le roi prenait commandes d'œuvres d'art pour tous ces peintres, sculpteurs et autres. C'est ainsi qu'accompagné de Jacques de Beaune, seigneur de Semblancay, son chambellan, il avait financé le retable de Saint-Maximin. Semblancay avait les faveurs de Louise de Savoie, princesse de Marignane depuis 1481 (rattachement de la Provence à la France) et gérait sa fortune personnelle. On peut imaginer que Louise de Savoie aurait financé le retable de l'église Saint-Nicolas au bénéfice d'Anne de Savoie et en aurait confié la définition du thème à un autre de ses protégés, son médecin Von Nettesheim Agrippa dit Cornélius Agrippa. L'artiste lui-même nous est inconnu et son œuvre a du être exécutée après 1516, entre 1518 et 1534, obligatoirement avant 1540, car ce retable contient un homoncule, interdit depuis le concile de Trente en 1540. Certains chercheurs proposent d'attribuer le don de ce retable au comte de Tende. Le thème de ce retable varie autour de la Nativité et de la famille de Jésus, et de l'histoire de la lignée de Sainte Anne à qui François Ier accordait une dévotion particulière tout comme Cornélius Agrippa. Les phylactères nommant saint Jacques le Majeur et saint Jacques le Mineur sont inversés. Erreur de l’artiste ? Message de Cornélius Agrippa en relation avec ses écrits sur la vie privée de sainte Anne ?
Des tableaux décorent l’église : « La Mater Dolorosa » du début du XVIIe (1609), attribué à Michelangelo Merisi da Caravaggio, dit Le Caravage, classé aux monuments historiques, a vraisemblablement fait partie du patrimoine de Martin COVET, offert par un chevalier de Malte et donné par cette même famille à la paroisse. Le Caravage se réfugia quelque temps à Malte en 1607, où il avait fuit des tracasseries du pouvoir et où il y peindra une toile du grand Maître de Wignancourt, aujourd’hui au Louvre et sa célèbre Décollation de Saint-Jean-Baptiste.
Charles Esmieux va plus loin en rapportant que « …la toile attribuée à Annibal CARRACHE, représente Notre Dame de Pitié avec sur ses genoux le cadavre de Jésus. Cette toile de la chapelle des Minimes est un don de la plus haute autorité de l’Ordre en reconnaissance d’une faveur insigne obtenue de Marignane par intervention de la Bonne Mère ».
Il y avait encore en 1862 un orgue dont nous ignorons l’origine. L’organiste en était de Peyron
Visité depuis avant 1429 par les évêques d’Arles jusqu’au moins en 1630, il est question dans le rapport de visite de 1610 des confréries de Notre-Dame de l’Annonciade et de Sainte-Ursule et de leurs autels. Sous la Révolution, l’exercice du culte y était supprimé et l’église servait aux militaires et aux chevaux puis à la célébration du culte de la Raison. Suivant le décret du 23 juillet1793, trois de ses cloches furent enlevées pour être fondu, la « Marie Sauveterre » restant en place. Cette église a contenu de nombreux sites tumulaires, mis au jour en 1855, dont certainement au moins, ceux de plusieurs Covet. monseigneur Roncalli, futur Jean XXIII qui vint y prier à plusieurs reprises, l’appréciait beaucoup mais lui reprochait sa statuaire de l’époque. Une restauration récente dans les années 1990, a révélé la présence d'une litre autour de la nef qui fut peut être exécutée à l’occasion des obsèques de Henri Covet. Compte tenu de l’histoire de cet édifice et des constructions antérieures entre autres, des mesures du dénivelé de son sol et de la manière dont ses murs travaillent, il est vraisemblable qu'une crypte s'y trouve dans le chœur.
C’est du haut du balcon que la famille seigneuriale assistait à la messe quand elle ne le faisait pas à la chapelle du château, un étage du « clocher-tour » décoré de liernes et de tiercerons. L’accès se faisait par la porte de droite qui débouchait d’un escalier arrivant de l’une des deux portes au nord-ouest de la nef, donnant directement sur l’extérieur. L’une était étroite, l’autre en arc plein cintre Balcon de l’église d’environ deux mètres de large.
D'après Marcel GERMAIN, Marignane - Inventaire du patrimoine, Éditions Prolégomènes, 2007