No consta la fecha en que comenzó la construcción de una ermita que ya en 1697 edificaba el presbítero Antonio Pablo de Velasco, en el sitio que hoy ocupa esta iglesia. Esta ermita fue concluida y erigida en Parroquia por el Obispo Diego Evelino de Compostela, en 1701.
La iglesia actual comienza a levantarse en 1733, pero las obras de construcción fueron suspendidas en varias ocasiones por dificultades económicas.
En 1756, el Obispo Pedro Agustín Morell de Santa Cruz, durante su recorrido eclesiástico, visita el templo en construcción, el cual fue concluido en 1776. En 1822 se coloca en su torre el reloj público que actualmente se encuentra en la iglesia de la Merced. La Soledad fue nombrada Parroquia de Término en 1802.
En este templo fueron bautizadas preclaras figuras de la historia y la cultura del Camagüey, entre ellos: Ignacio Agramonte, Gertrudis Gómez de Avellaneda, Fernando de Zayas, el General Maximiliano Ramos (jefe del III Cuerpo del Ejército Libertador), y otros patriotas de las familias Betancourt, Boza y Arango.
Fue asimismo la iglesia donde celebraron sus nupcias Ignacio Agramonte y Amalia Simoni. La actual Pila Bautismal es de mármol y fue encargada a Barcelona e instalada en La Soledad en 1864. Existe una cripta bajo el presbiterio.