La basilica di Santa Maria Assunta è l’unica costruzione medioevale del parco arrivata fino ai giorni nostri, anche grazie ai numerosi episodi di restauro che la hanno interessata.
La prima attestazione documentaria della chiesa dedicata alla Madonna è del 1203, ma le sue origini sono ben più antiche.
Determinare l’origine del monumento è un interrogativo che ha impegnato per decenni gli studiosi. Per un quadro completo della problematica si consigliano gli studi di Giuseppe Cuscito, tra i quali il più recente è la guida "Il Parco archeologico di Muggia Vecchia" del 2016.
Non si conosce con esattezza il momento in cui fu costruito per la prima volta un edificio di culto sul colle, ma si suppone che esso abbia potuto avere ruolo di chiesa matrice, come punto di partenza per l’evangelizzazione del territorio.
Molti elementi dell’arredo liturgico sono databili al VIII o al IX secolo, come i plutei del recinto presbiterale e il capitello bianco a gruccia che sorregge la bifora sulla facciata.
Caratteristici del periodo sono infatti i decori a intrecci di quei plutei tipici della scultura preromanica.
La loro attuale disposizione non è quella originaria, ma è frutto di un restauro successivo.
A un periodo tra il X e l’XI secolo è riferito l’ambone circolare, la struttura sopraelevata da dove erano proclamate le letture bibliche durante le azioni liturgiche. Esso è circondato da sei colonnine, oltre a una settima che regge il leggio, decorato da foglie di vite di cui si vede ancora il colore verde originario. Ai lati del leggio due teste maschili guardano verso i fedeli.
Molto probabilmente tra XII e XIII secolo l’edificio fu sottoposto a una generale fase di restauro.
A questo periodo è riferibile il campanile attuale, forse a sostituzione di uno che poteva sorgere sul fianco meridionale e l’attuale ciclo di affreschi steso su uno precedente, di cui si mantiene una debole traccia scoprendo il disegno di una mano e un busto che sbucano sotto l’attuale disegno di Santa Caterina da Siena.