La chiesa fu costruita con ogni probabilità nel V o VI secolo nei pressi del foro italico di Marruvio, mentre il primo documento che cita la chiesa risale al IX secolo. Subì importanti interventi strutturali tra il XII e il XIII secolo. Dopo la morte di San Berardo dei Marsi avvenuta il 3 novembre del 1130 la cattedrale ospitò le sue reliquie. Con la bolla papale del 1580, Papa Gregorio XIII dichiarò la nuova sede della diocesi dei Marsi, la chiesa di Santa Maria delle Grazie di Pescina in cui furono traslati i resti di San Berardo. La vecchia chiesa di Santa Sabina in decadenza e ridotta a poco più che una cappella nel 1915 subì gravissimi danni a seguito del tragico terremoto di Avezzano che la distrusse quasi completamente, lasciando in piedi solo la facciata.