Situata sulla collina di Castello, il primo luogo abitato di Genova nell'antichità, la chiesa di Santa Maria di Castello è uno dei più antichi luoghi di culto cristiano di Genova ed una delle più integre e suggestive architetture romaniche della città.
L'interno, ampio e luminoso, ha pianta basilicale romanica a tre navate con colonne e capitelli romani di reimpiego che sostengono gli archi romanici e un finto matroneo sopra gli archi. Il soffitto, in origine a capriate lignee, è formato da volte con crociere a costoloni, realizzate intorno al 1468. Lungo ciascuna delle navate laterali si aprono cinque cappelle: quelle di sinistra furono realizzate nella seconda metà del XV secolo, mentre le cinque di destra risalgono al XVI secolo. Tra la fine del XVI e l'inizio del XVII secolo furono modificate le absidi laterali, mentre quella centrale venne ampliata per contenere un grande coro.
Al centro della controfacciata si trovava la statua in marmo di S. Domenico, di Francesco Maria Schiaffino (attualmente all'interno del Teatro Carlo Felice); alla sinistra, affresco di Lorenzo Fasolo (fine del XV secolo), raffigurante la Madonna col Bambino e i santi Domenico e Pietro martire, proveniente dalla scomparsa chiesa di S. Domenico. Alla destra del portale una nicchia contiene un crocifisso ligneo quattrocentesco. Sopra le porte laterali sono collocate due tele del cremonese Francesco Boccaccino (1660-1750) (Il Crocifisso parla a san Pietro Martire e Miracolo di San Pietro).
Un recente restauro ha portato alla luce il portale interno originale romanico, al quale era stato sovrapposto il portale quattrocentesco d'accesso alla sacrestia, ricollocato ora sulla parete destra della chiesa.
Dalla sacrestia si passa all'atrio della Loggia dell'Annunciazione, con affreschi di Giacomo Serfolio nella volta (San Pietro martire, il beato Raimondo e san Tommaso); sulla parete sinistra, Predicazione di S. Vincenzo Ferrer, del XV secolo e una Madonna su ardesia del XVII secolo); a destra, disegno preparatorio dell'affresco di Carlo Braccesco che si trova nella biblioteca.
