Der Würzburger Domherr Gottfried von Kugelnberg stiftete 1218 das Kloster Schmerlenbach. Benediktinerinnen besiedelten den Ort, ihre Lebensgewohnheiten richteten sie jedoch an den strengen Regeln der Zisterzienser aus. In seinen Anfängen wurde das Kloster Schmerlenbach reich dotiert vom Adelsgeschlecht der Kugelnberger, die ihm Besitz und Herrschaftsrechte verschafften und so die wirtschaftliche Existenz sicherten.
Die Zeit des 16. Jahrhunderts mit Reformation und Bauernkrieg überstand das Kloster gut, schwieriger war es im Dreißigjährigen Krieg. In dieser Zeit wurde Schmerlenbach mit einer Mauer umgeben und einige neue Gebäude errichtet, weitere folgten im 18. Jhdt. Unter der Äbtissin Engelberta von Rodenhausen wurde die der hl. Agatha geweihte Kirche weitgehend neu errichtet. Ihre Architektur übersetzte Motive von Balthasar Neumann. Dem saalartigen, schmalen Langhaus schloss sich ein Chor an. Die Decke zieren 1759 datierte Gemälde. Sie stellen im Langhaus die Verherrlichung des hl. Benedikt und dessen Missionswerk in den vier Erdteilen sowie im Chor die Hl. Dreifaltigkeit dar. Die Altäre und die Kanzel stammen aus dem 18. Jhdt.
Nach dem Tod der letzten Äbtissin 1807 wurde das Kloster im Jahre 1808 aufgelöst. Gebäude und Liegenschaften blieben jedoch im Besitz des Mainzer Fürstbischofs Karl von Dalberg als Entschädigung für verlorene linksrheinische Gebiete. Er errichtete in Schmerlenbach eine Stiftung für ein Priesterseminar. 1812 wurde Schmerlenbach Pfarrei und die Wallfahrtskirche zur Pfarrkirche.
Der religiöse und kunstgeschichtliche Mittelpunkt der Kirche ist das nur 30 cm hohe, aus Lindenholz geschnitzte Gnadenbild der „Muttergottes von Schmerlenbach“, aus dem Ende des 14. Jhdts. Die gotische Pieta steht in der Mitte des Hochaltars. Das trauernde und tränenvolle Antlitz Marias hat Schmerlenbach in dem Sprichwort "Du schaust aus wie die Muttergottes von Schmerlebach" weithin bekannt gemacht. Spätestens seit 1518 ist eine Wallfahrt zum Gnadenbild überliefert, die sich bis heute großer Beliebtheit erfreut.
Zu den weiteren kunstgeschichtlichen Besonderheiten zählt eine aus Ton geschaffene Madonna in der Art der „Schönen Madonnen“ aus dem beginnenden 15. Jhdt. Sie steht an der Nordwand, direkt gegenüber dem Eingang. Aus dem Anfang des 16. Jhdts. stammt das Relief im Kerzenraum, das eine alte Darstellung "Maria an der Sonne" zeigt.
