A igreja de Ermelo não foi edificada de uma e única empreitada. Na verdade, o conjunto arquitetónico que temos hoje é fruto de várias fases construtivas que foram decorrendo ao longo dos séculos. As investigações e escavações arqueológicas realizadas por Sandra Silva Nogueira trouxeram uma hipótese que aponta para três momentos construtivos.
A primeira fase construtiva da igreja de Ermelo corresponde à fundação do Mosteiro no século XII. Pelo cruzamento das informações veiculadas pelos investigadores, desta fase pertencem a edificação da capela-mor, das capelas laterais, a construção das naves e da fachada principal.
A segunda fase, que deverá ter acontecido no século XVIII, corresponde a um período difícil do Mosteiro de Ermelo. As obras efetuadas neste período correspondem à redução da igreja de três para uma única nave, ao rebaixamento do telhado, à demolição da capela lateral Sul e à construção da casa paroquial, da torre sineira e da sacristia.
A terceira fase engloba os trabalhos concretizados na igreja durante o século XX que trouxeram melhoramentos e mais funcionalidade ao templo. É precisamente desta época a construção da torre do relógio, que foi demolida no decorrer das obras de valorização da envolvente da igreja, e o entaipamento do acesso ao coro alto. As paredes exteriores e interiores foram despidas da caliça, o telhado reparado e três portas exteriores foram reconstruídas. Nesta altura foram também raspadas as pinturas do teto da nave, tendo sido eliminados cinco medalhões de elementos figurados.