Se ubica en la población de Tonantzintla, perteneciente al municipio de San Andrés Cholula, Puebla.
Las manos de los indígenas quienes modelaron las yeserías, plasmaron en ellas su propio universo. Su construcción se inició en el siglo XVI. Para finales del siglo XVII contaba ya con crucero, cúpula, sacristía y altar mayor, y fue precisamente por esas fechas que se iniciaron las labores decorativas con estuco. Se considera cuatro etapas en la construcción del templo que abarca del siglo XVI al XIX.
La primera etapa de construcción se inicio a mediados del siglo XVI, con un pequeño santuario cuyos vestigios se localizan hacia el norte de la Iglesia. Esta etapa llegaría hasta mediados del siglo XVI, cuando se habría edificado la estructura arquitectónica que sería la base del templo actual que constaba de una nave sin crucero y una fachada muy sencilla, hoy destruida.
En la segunda etapa de construcción a finales del siglo XVII y comienzos del XVIII, fueron construidas la torre, la cúpula, el crucero y una pequeña sacristía, también se realizaron labores de estuco del ábside del crucero del retablo principal.
La tercera etapa y la más importante comprende la mayor parte del siglo XVIII se completa el edificio tal y como lo conocemos en la actualidad además se amplía la nave ocasionando que la torre quedara dentro de la nave, esto trajo como consecuencia la construcción de una nueva fachada.
En la cuarta y última etapa comprende los siglos XIX y XX, en donde se realizaron los detalles finales.
La Iglesia de Santa María Tonantzintla es una de las joyas más ricas del estilo barroco mexicano, en su grado exuberante. La fachada, realizada en ladrillo rojo y azulejos en diamante, destacan unas columnas salomónicas. Lo más sobresaliente de éste bello templo son los estucos policromados que ornamentan su interior. En especial en la Cúpula principal está la profusión de figuras y formas que se diría que hay un creciente (HORROR VACUI) horror al vació.
El gran valor de esta iglesia está en que es el único templo donde los franciscanos, que evangelizaron el antiguo México, permitieron que los indígenas plasmaran sus inquietudes artísticas y religiosas. Es donde el estilo barroco mexicano se ve plasmado con la gracia y la inocencia de aquellos indígenas que la construyeron y la decoraron.
El Templo de Tonanzintla es una de las pocas iglesias en México en que las creencias religiosas indígenas no sucumbieron a la dominación española, contiene un grupo de elementos patrimoniales dignos de ser interpretados, conocidos y apreciados por los visitantes. Los indígenas que modelaron los estucos no se olvidaron por completo de Tonantzin ni de su propio universo. Aludiendo a ellos en una iconografía mexicanista compuesta por caritas de niños y niñas indígenas con ojos saltones, penachos o copiles, frutas mexicanas tales como papayas, tejocotes, zapotes, calabazas, chiles, caco. Tonantzintla es la fusión de dos ideas religiosas. Por un lado toda una iconografía relacionada con la Virgen María, pero por otro lado toda una iconografía relacionada con el pensamiento indígena. Los indígenas de Tonantzintla quisieron representar en la cúpula de la capilla el cielo de Tláloc, el dios de la lluvia. Y cada carita que se ve, no es un ángel, sino un indígena que murió por un rayo o ahogado y reencarnó en este cielo.