Die Hofkirche sollte das Gegenbauwerk zu der von dem Bayerischen Herzog Wilhelm V. erbauten und 1597 eingeweihten katholischen Michaelskirche in München sein. Der Neuburger Pfalzgraf Wolfgang Wilhelm konvertierte jedoch zunächst heimlich im Jahr 1613, ein Jahr später auch öffentlich zum Katholizismus und ließ nach dem Tod seines überzeugt protestantischen Vaters den bereits stehenden Rohbau von Gilg Vältin, der nach Plänen von Siegmund Doctor und Joseph Heinz erstellt worden war, durch die von ihm nach Neuburg geholten Jesuiten in eine katholische Kirche umformen.
Im Jahre 1618 wurde die neue Kirche von vier Bischöfen Maria geweiht, mit dem Namen: Zu Unserer Lieben Frau. Es wurden drei Altäre aufgestellt, die mit den Altarblättern des damals berühmtesten Malers Peter Paul Rubens aus Antwerpen ausgestattet waren.
Das größte Bild von Rubens, das Große Jüngste Gericht am Hochaltar, befindet sich heute in der Alten Pinakothek in München, eine Kopie auch im rechten Seiteneingang der Hofkirche. Die beiden anderen Bilder sind in der Flämischen Galerie im Neuburger Schloss zu sehen.
Das heutige Bild des Hochaltars hat der Düsseldorfer Hofmaler Dominikus Zanetti geschaffen. Es zeigt die Himmelfahrt Mariens. Die Lauretanische Litanei diente als Vorbild für das eindrucksvolle Stuckprogramm der Brüder Castelli, die übrigens auch die Münchner Michaelskirche stuckiert hatten.
Die 12 Apostel und einige Jesuitenheilige schmücken als überlebensgroßen Statuen die Süd- und Nordwand der Kirche. Zwei Entwürfe von Rubens haben die Brüder Castelli als Großbilder stuckiert. Sie befinden sich an der Westmauer der Kirche, links vom Eingang die Geburt, rechts der Tod Mariens.
Mehrmals ist der einstige Kirchengründer Kaiser Heinrich II. (um 1000) mit seiner Gemahlin Kunigunde dargestellt, z. B. als überlebensgroße Figuren von dem Dillinger Bildhauer Johann Michael Fischer, am heutigen barocken Hochaltar. Diesen ebenso wie die Kanzel hat Joseph Breitenauer aus Eichstätt in der Mitte des 18. Jahrhunderts geschaffen.
Die Jesuitenkirche, seit 1782 Hofkirche, besitzt eine kleine Gruft in der sieben Mitglieder der Wittelsbacher Familie bestattet sind. Eine große Gruft befindet sich unter der hinteren Hälfte des Sakralbaues. In ihr ruhen fast 50 Jesuitenpatres.