Die Kirche mit Frauenkloster wurde 853 von König Ludwig dem Deutschen gestiftet und von Frauen des europäischen Hochadels bewohnt. Das Kloster genoss die Gunst von Königen und die Äbtissin hatte das Münzrecht von Zürich bis ins 13. Jh. Nach der Reformation kamen Kirche und Kloster in den Besitz der Stadt.
Bedeutende Bauteile sind der romanische Chor und das hochgewölbte Querschiff. Das Langhaus wurde 1911 letztmals umgebaut, nachdem schon im 18.Jh. der Nordturm erhöht und der Südturm abgetragen worden war.
Bedeutendster Schmuck neben der grössten Orgel im Kanton Zürich mit 5793 Pfeifen sind seine Farbfenster: die Nordfenster im Querschiff (1945) sind gefertigt von Augusto Giacometti, Alberto Giacomettis Onkel. Der fünfteilige Fensterzyklus im Chor (1970) und die Rosette im südlichen Querschiff (1978) sind Werke Marc Chagalls. Im Kreuzgang befindet sich ein Freskenzyklus von Paul Bodmer zur Gründung des Fraumünsters.