Die Marienkirche wurde 1871-1879, als erste katholische Kirche in Stuttgart nach der Reformation, nach Plänen des „Königlichen Hofbaumeisters“ Joseph Egle erbaut. Am 12. November 1879 wurde sie vom damaligen Rottenburger Bischof Carl Josef v. Hefele auf das Patrozinium „Mariä Heimsuchung“ geweiht. Der Name der Kirche erinnert an die Begegnung Marias mit Elisabeth. Die Kirche wurde als massiver steinsichtiger Sandsteinbau errichtet. Vorbilder waren die Trierer Liebfrauenkirche und die Marburger Elisabethenkirche, die im Gegensatz zur französischen Kathedralgotik stehen. Die dreischiffige Hallenkirche mit Querhaus und drei Chören ist 54 m lang und 33 m breit. Die Frontseite wird von zwei mächtigen Türmen flankiert, die nahezu 60m in den Stuttgarter Himmel ragen. Die Kirche ist nicht geostet, der Chor weist nach Südwesten. Im 2. Weltkrieg wurde die Kirche zerstört, das Gewölbe stürzte ein, nur die Türme blieben stehen.
Unter großen Opfern wurde die Kirche nach dem Krieg wieder aufgebaut. Das Gewölbe wurde durch eine Holzdecke ersetzt. Weihnachten 1949 wurde erstmals wieder in der Kirche Gottesdienst gefeiert.
An einer neuen Orgel wurde in den Jahren 1954, 1964 und zuletzt 2001/2002 gebaut (mehr zur Orgel auf der Seite Kirchenmusik). Ebenso bekam die Kirche 1960 ein siebenstimmiges Geläut der damals auf dem Gebiet der Gemeinde ansässigen Firma Kurz, das zuvor den Eucharistischen Kongress in München begleitete. Die Glasfenster im Chor (1960) und im Schiff (1970) sowie der Kreuzweg (1963) stammen von Otto Habel, der zur Gemeinde gehörte. Vom ursprünglichen Kreuzweg der Beuroner Schule ist nur noch das Bild der Dornenkrönung über der Seitentür im rechten Kirchenschiff vorhanden. Die Kirche beherbergt mehrere gotische Kunstwerke als Leihgabe des Württembergischen Landesmuseums: die Kreuzigungsgruppe im Chor, das Kruzifix in der Sakramentskapelle, die Madonna mit Kind zwischen der Hl. Katharina und der Hl. Barbara im linken Chor.