In Zusammenhang mit der Enstehung des Bistums Zeitz im Jahr 968 wird von einer Ansiedlung mit steinerner Kirche berichtet. Hier könnte ein Vorgängerbau der Michaeliskirche gemeint sein. Die erste urkundliche Erwähnung fand die Kirche 1154. Seit dem 12. Jahrhundert war sie die Pfarrkirche der Zeitzer Oberstadt. Die Kirche wurde mit allen Besitzungen an Land, Gebäuden und Ernteanteilen dem 1147 geweihten, südwestlich der Stadt befindlichen Nonnenkloster St. Stephan, einverleibt.
Als Schutz vor den heidnischen Göttern benannte man die Kirche wohl bewusst nach dem Erzengel Michael. In der zweiten Hälfte des 13. Jahrhunderts erfolgte eine frühgotische und um 1450 eine spätgotische Umgestaltung des Gebäudes.
Während des Sächsischen Bruderkrieges (1446 bis 1451) ließ Bischof Peter von Schleinitz die Nonnen des Klosters St. Stephan in das nördlich der Kirche errichtete Gebäude Michaeliskirchhof 9 übersiedeln. Im Jahre 1517 wurde für die Schwestern an der Nordwestecke der Kirche ein Anbau mit Kapelle errichtet, den sie über einen Holzgang erreichen konnten. Der Anbau der Nordostecke wurde um ein Stockwerk erhöht und eine Bibliothek darin untergebracht.
Evangelische Predigten waren in dieser Kirche ab 1537 zu hören. Seit 1539 ist sie ein evangelisches Gotteshaus.
1541 löste Kurfürst Friedrich von Sachsen das Kloster der Benediktinernonnen auf.
Ein Brand im Jahr 1650 war die Ursache für die barocke Umgestaltung der Türme.
Bei Renovierungsarbeiten 1882 wurde ein originaler Plakatdruck von Luthers Thesen aus dem Jahre 1517 hier entdeckt.
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