El 18 de junio de 1689 se expidió la Real Cédula en la que se establecía la fundación de tres ayudas de parroquias que apoyarían a las ya existentes en la Ciudad de México: el Sagrario Metropolitano, la Santa Veracruz y Santa Catarina; por lo que en diciembre de ese mismo año se determinó erigir la ayuda de la Parroquia de San Miguel Arcángel, sin embargo, esta parroquia, al no estar construida, se ubicó temporalmente en la Ermita de San Lucas, que dependía a su vez, de la Catedral Metropolitana.
De esta manera, el sábado 21 de enero de 1690 el cura Alonso Alberto de Velasco celebró la misa en la Ermita de San Lucas anunciando a los pobladores de la erección de la nueva ayuda de parroquia que estaría dedicada a San Miguel.
Para su edificación, el corregidor Juan Núñez de Villavicencio, el Cabildo y el Regimiento de la Ciudad señalaron un terreno "en la calle que va de San Pablo a Monserrate, que tiene 80 varas de oriente a poniente y de norte a sur 70 varas y media" que fue aprobado por el virrey el 23 de febrero.
La formal erección de la ayuda de parroquia en la Ermita de San Lucas fue realizada por Diego de la Serna, provisor y vicario del Sagrario, comisionado por el arzobispo Francisco de Aguiar, esto mientras se construía el templo de San Miguel, construcción que fue encomendada a Alonso Alberto de Velazco, quien era el cura más antiguo del Sagrario y que, a su vez, eligió al arquitecto Juan de Zepeda para dirigir el proyecto.
El diseño inicial contempló una edificación pequeña que más adelante sirvió como sacristía del Templo y capilla del Santísimo. Su construcción comenzó el 29 de marzo de 1690; los fondos recaudados fueron aportados por las limosnas de devotos de San Miguel y donaciones de numerosos personajes entre los que se encontraban el virrey y el arzobispo.
Poco más de dos años después del inicio de su construcción, el 8 de agosto de 1692, el templo fue bendecido por el arzobispo Aguiar y Seijas y la dedicación de la ayuda de Parroquia de San Miguel Arcángel se verificó unos días más tarde, el 17 de agosto, día en el que se realizó la procesión desde la Ermita de San Lucas para colocar el Santísimo en su sede.
Los curas de la Catedral de México fueron quienes estuvieron a cargo de la ayuda de parroquia hasta que, aproximadamente, en 1693 se erigió como parroquia y contó con sus propios párrocos para atender a la feligresía de San Miguel Arcángel.
En 1850, siendo cura José Sotero Zúñiga, se emprendieron diversas mejoras en el edificio, entre las que posiblemente se encuentre el dorado y estucado de los altares de estilo neoclásico que se encuentran en la nave (Ornelas 2015: 9-15).

El 9 de febrero de 1931 la Parroquia de San Miguel fue declarada Monumento Histórico por la Dirección de Monumentos Coloniales de la SEP (Puig 1931: 3).

El inmueble se localiza dentro del Centro Histórico de la Ciudad de México inscrito en la lista del Patrimonio Mundial de la UNESCO en 1987 (UNESCO 1987). Posteriormente, en 2010, este centro histórico formó parte de una inscripción más amplia que comprendió cinco sitios ya inscritos en la Lista del Patrimonio Mundial y otros 55 sitios más, ubicados en el llamado “Camino Real de Tierra Adentro”, cuyo trazo de 2600 kilómetros abarca poblaciones desde la Ciudad de México, en el centro del país, hasta Nuevo México en los Estados Unidos (UNESCO 2010).