Archeologický výskum Históriu kostola sa podarilo ozrejmiť až archeologickým výskumom, ktorý sa v priestore južne od svätyne realizoval v októbri – novembri 2000 a v apríli až novembri 2001. Priestor výskumu bol vymedzený na bezprostredné okolie kostola a sonda povolená mestom mala rozmery iba 5,5 x . Napriek tomu sa na tomto malom priestore podarilo zachytiť a preskúmať základy starších sakrálnych stavieb, ktoré predchádzali terajší farský kostol. Úroveň starších základov sa pohybovala od 40 pri ich povrchu až do vyše pri základových škárach od dnešnej úrovne terénu. Na základe zistení výskumu bolo zrejmé, že sa tu nachádzajú minimálne dve – tri stavebné fázy staršieho kostola, ktorý mal pôvodne nie polygonálnu, ani polkruhovú, ale pravouhlú svätyňu. Jej južná polovica vyčnievala do priestoru vedľa terajšej svätyne a druhá polovica sa nachádza vo vnútri polygonálnej svätyne. Porušenie južného múru stavby niekedy krátko po jej postavení si vynútilo nielen jej rozšírenie o 100 smerom južným, aj jeho spevnenie mohutným pilierom, ktorý mal základovú škáru o vyše hlbšie ako južný múr svätyne. V strede dĺžky južného múru pravouhlej svätyne pristavili ešte jeden podobný pilier, aby zrejme zabránili jeho opätovnému poškodeniu. Kaplnka Treba podotknúť, že medzi vonkajšou stenou južného múru svätyne a piliermi bola zreteľná stavebná cezúra, čiže neboli postavené súčasne, ale v určitej časovej postupnosti. Vnútri staršej svätyne sa nachádzala aj krypta, ktorú v čase stavby terajšej polygonálnej svätyne vyplnili liatym murivom, pretože priamo na jej korune stojí južný múr svätyne. V telese krypty sa našli sekundárne zamurované časti oltárnej menzy vyrobenej z vápenca červenej farby, ktorá bola zrejme súčasťou staršej sakrálnej stavby. V nároží druhého piliera sa objavil veľký kamenný článok s plastickým výzdobným motívom, ktorý môže pochádzať z portálu staršieho kostola. V strede základu južného múru svätyne staršieho kostola sa zistila stavebná cezúra a v jej vonkajšej časti bol zamurovaný kamenný článok románskej profilácie, ktorý taktiež môže pochádzať zo staršej stavby. Okolo objavených základov sa preskúmalo 63 hrobov, datovaných mincami od začiatku 17. do konca 18. stor. Staršie hroby uložené v smere Z – V, čiže s hlavou na západnej strane, boli bez nálezov, resp. sa v nich a v ich blízkosti našli iba črepy datované do 15. stor. Najhlbšie uložené hroby ležali na deštrukcii južného múru staršej svätyne a tak je pravdepodobné, že k nej muselo prísť už pred 15. stor., najskôr v priebehu 14. stor. Terajší kostol stojí priamo na základoch objavených počas archeologického výskumu. Na východnej strane pravouhlej svätyne staršieho kostola sa našla aj dodatočne budovaná polkruhová apsida, ktorá sa stala súčasťou staršej stavby niekedy koncom 13. až začiatkom 14. stor. Miesto spojenia apsidy a pravouhlej svätyne spevňuje práve spomínaný mohutný pilier, ktorý museli postaviť až po vybudovaní apsidy, pretože jeho severná stena sa pripína k južnej stene apsidy aj k juhovýchodnému nárožiu pravouhlej svätyne. Časová postupnosť budovania základov zistených počas výskumu je pravdepodobne takáto: v polovici 13. stor. postavili jednoloďový kostol s pravouhlou svätyňou, podobný aké stavali premonštráti v Turci (Martin, Kláštor pod Znievom, Sučany). Po roku 1270, z ktorého existuje údaj o zničení Žiliny, rozšírili jestvujúcu stavbu smerom južným o 100, čo sa zistilo práve počas výskumu, že pravouhlá svätyňa bola najmenej raz prestavaná. Po roku 1300, keď už bola Žilina mestom (prvýkrát je to písomne doložene v listine až z roku 1312) a v meste sa natrvalo usadili nemeckí hostia z Tešína, pristavali polkruhovú apsidu podobnú aké sú známe z viacerých kostolov v Sliezsku. Až následne pristavali oporné piliere k južnej stene staršej svätyne, aby sa zabránilo jej porušeniu. Súčasný farský kostol je trojloďovou bazilikou s polygonálnym presbytériom a jemu podobný kostol v Liptovskom Mikuláši postavili niekedy po roku 1300. Na severnej stene terajšej svätyne sa nachádzajú anjouovské ľalie v páse asi pod zachovalou korunou múru. Tieto sem najskôr namaľovali asi v čase vlády Anjouovcov v Uhorsku, čiže medzi rokmi 1308 – 1387. Karol Róbert udelil Žiline prvé písomne doložené výsady, Ľudovít I. udelil Žiline právo jarmokov, a Slovákom v Žiline Privilégium, že majú mať rovnaké zastúpenie v mestskej rade ako Nemci. Kráľovná Mária v listine z roku 1384 priznala obyvateľom Žiliny používať magdeburské právo mesta Krupiny a tým zároveň obmedzila práva dedičného richtára. Za všetkých troch panovníkov sa mohli na korune svätyne namaľovať anjouovské ľalie. Je pravdepodobné, že terajší farský kostol stál už v 14. stor. aj keď sa výslovne spomína až v prvej tretine 15. stor. Žilina mala v 14. stor. asi 700 obyvateľov a spolu so služobníctvom a pomocným personálom v meštianskych domoch 800 – 900 obyvateľov, ktorým už zrejme jednoloďový kostol nemohol vyhovovať. Žilina sa ako mesto musela začať formovať skôr ako je o tom prvý písomný záznam z roku 1312. Aj mestská pečať, kde je hlavným symbolom dvojramenný kríž, prevzatý z oficiálneho znaku uhorských kráľov Arpádovcov hovorí, že sa tak muselo stať ešte za ich panovania pred rokom 1301.