La basilica di S. Maria Assunta festeggia 40 anni. Fu inaugurata il 29 settembre 1962, pochi giorni prima dell'inizio del Concilio Vaticano II. Fu spostata leggermente più a sud rispetto al tempio costruito tra il 1824 e il 1833 dall'architetto Cambray Digny per volontà granducale.
La costruzione del nuovo edificio e l'abbattimento di quello antico ebbero una lunga elaborazione burocratica e progettuale. La chiesa del Cambray Digny è rimasta in piedi per meno di un secolo e mezzo. Già dagli anni Trenta, si era cominciato a parlare della possibilità di costruire una nuova chiesa parrocchiale, nel quadro di un più complessivo progetto di "una migliore sistemazione igienica" dell'area centrale.
Nel 1930 era stato redatto un progetto per erigere il nuovo tempio sull'area occupata dagli Alberghi riuniti e, con provvedimento podestarile dell'agosto 1936, il Comune aveva deciso di acquistare l'immobile degli Alberghi riuniti, anche perché la demolizione dello stesso, oltre a far posto alla chiesa, avrebbe consentito la bonifica dell'abitato in una delle zone più vecchie della città.
Nel settembre 1938, lo stesso commissario prefettizio decise che i lavori della chiesa fossero dichiarati di pubblica utilità, in base ad un decreto legge sulla tutela e lo sviluppo dei luoghi di cura, soggiorno e turismo. Gli anni della guerra fecero ulteriormente slittare ogni provvedimento. Si arrivò così al 1957, quando fu posta la prima pietra dell'attuale basilica, in una posizione più a sud di quella antica. Questa venne completamente demolita per fare posto appunto ad un edificio più grande progettato dall'architetto fiorentino Raffaele Fagnoni in collaborazione con gli architetti Spadolini, Stocchetti e Negri.
Dell'edificio di Cambray Digny sono rimaste, in completo abbandono nel parco di villa Forini Lippi (attuale sede della biblioteca comunale), le colonne del pronao, di cui a più riprese si è parlato di trovargli una collocazione emblematica per quello che la vecchia chiesa aveva rappresentato. Una delle proposte era di risistemare il pronao davanti all'attuale basilica, un'altra vorrebbe che venisse rimontato nel parco.
Quando si parla della chiesa di Cambray Digny tra i montecatinesi è evidente il rimpianto per la perdita di un monumento significativo e qualificante della storia della città. La sua costruzione rientrò nei programmi della Deputazione dei Bagni con il placet del granduca Leopoldo II, succeduto nel 1824 a Ferdinando III, insieme a quella del loggiato ad uso di mercato (1834) di fronte alla Locanda Maggiore e ai palazzetti adiacenti alla stessa locanda (1841), che andarono a formare una piazzetta interna, e al nuovo edificio dietro al Tettuccio, gli ultimi due eseguiti su disegni dell'ingegner Michelacci.
La chiesa venne naturalmente a rappresentare l'intervento più significativo di questa serie di realizzazioni. Fu progettata dal direttore delle Regie fabbriche, Luigi Cambray Digny, che nel settembre 1822 venne ai Bagni di Montecatini per scegliere personalmente il terreno su cui effettuare la costruzione. Successivamente l'architetto rivide la sua decisione, proponendo di utilizzare un terreno di proprietà di Antonio Banti «situato lungo la strada maestra di Pescia, di faccia allo stradone dei Bagni, più idoneo per le fondazioni e per non togliere alle abitazioni e ai quartieri della Locanda l'aria aperta».
La chiesa veniva così inserita in uno scenario urbanistico strategico alla confluenza dei tracciati viari dello stradone leopoldino (viale Verdi) e della carrozzabile provinciale (oggi rappresentata dai corsi Matteotti e Roma), facendo da fondale nobile alla passeggiata di ritorno dagli stabilimenti termali. Tra l'altro, Cambray Digny previde l'arretramento dell'edificio rispetto alla provinciale Lucca-Pistoia, consentendo così le premesse per la costruzione di una piazza (oggi piazza del Popolo).
Cambray Digny riuscì a inserire le sue idee progettuali nelle esigenze di sviluppo sia dell'insediamento termale che di quello a sud della strada provinciale. La chiesa finiva per diventare sfondo suggestivo per coloro che la guardavano scendendo dal vialone, ma altrettanto era per chi usciva dall'interno di essa, proponendo una fuga dello sguardo verso il verde dello stradone e le colline sovrastanti, in particolare verso Montecatini Alto. La chiesa venne costruita dal 1824 al 1833. Era formata da un massiccio avancorpo di ordine ionico, sorretto da sei grosse colonne e arricchito da un bel fregio e da una cornice con maestoso frontale triangolare (tutto quanto realizzato in travertino) con al centro un orologio.
L'attuale chiesa, invece, è stata costruita in uno stile moderno orientaleggiante, ma con un riflesso di romanico e forse anche di gotico. L'edificio, in cemento armato rivestito all'esterno da bozze di pietra serena della cava Maona, è su base ottagonale ed è impreziosito all'interno da una vetrata policrona realizzata su disegno del pittore Giorgio Scalco di Schio, da due lampadari opera dell'ingegnere montecatinese Carmelo Pucci e da un crocifisso in ferro fuso dello scultore fiorentino Sauro Cavallini sullo sfondo dell'altare. Il campanile è rivestito in tavole grezze di travertino. Un'ampia gradinata fa da proscenio al tempio.