Erste Erwähnung findet die Darmstädter Stadtkirche im Jahr 1369. Damals wurde eine kleine Kapelle von der Mutterpfarrei Bessungen gelöst und mit den Rechten einer eigenständigen Pfarrkirche ausgestattet. Diese neue Funktion als „Kirche in der Stadt“ brachte im Laufe der Zeit immer wieder bauliche Veränderungen mit sich: aus der kleinen Marienkapelle, auf die heute noch ein Schlussstein im Chorraum hinweist, wurde eine stattliche Kirche, die spätestens mit Einführung der Reformation im Jahr 1526 ihre bis heute bestehende Funktion als evangelische Zentralkirche Darmstadts erhielt.
Vom alten Baubestand sind einige Teile bis heute erhalten geblieben: die Turmhalle mit dem ältesten Wappen der Stadt Darmstadt, der spätgotische Chorraum mit Epitaphen und Netzrippengewölbe und nicht zuletzt die Fürstengruft unter dem Chorraum, in der die Mitglieder der Darmstädter Landgrafen-Familie beigesetzt sind.

Am 11. September 1944, kurz vor Ende des Zweiten Weltkriegs, wurde die Stadtkirche durch einen Luftangriff fast vollständig zerstört. Nur der Chorraum samt Gewölbe blieb wie durch ein Wunder fast vollständig erhalten und wurde in den ersten Jahren nach Kriegsende zunächst als Notkirche provisorisch wieder hergestellt. Nach nur sechzehnmonatiger Bauzeit, bedingt durch günstige Kredite und den raschen konjunkturellen Aufschwung, wurde die Kirche am ersten Advent 1953 in ihrer heutigen Gestalt in Dienst genommen und eingeweiht. In den Jahren bis 1961 folgten Innenausbau, Turmsanierung, Glocken- und Orgelweihe, die letzten Renovierungsarbeiten wurden 1971 mit Isolierung der Fundamente und Restaurierung der Epitaphe im Chorraum abgeschlossen.
Bei der ersten umfassenden Innensanierung seit Ende der Wiederaufbauarbeiten (2003-2006) wurden in mehreren Etappen Sakristei, Sanitäranlagen, Innenputz, Beleuchtung und Beschallung erneuert, so dass die Kirche ihre BesucherInnen heute mit einer hellen und freundlichen Atmosphäre empfängt.
Ihre Rolle als alte evangelische Zentralkirche Darmstadts nimmt die Stadtkirche auch heute noch wahr. Neben den Gemeindeveranstaltungen und Gottesdiensten finden regelmäßig Konzerte, Ausstellungen, Lesungen und Predigtreihen in der Kirche statt, zudem ist sie Gastgeberin zahlreicher städtischer und überregionaler kirchlicher und kultureller Veranstaltungen.