La storia della chiesa di Santa Maria a Mare a Torre di Palme inizia nell'XI secolo, quando venne costruita dagli Eremiti di Sant'Agostino che avevano il loro convento dove ora sorge la casa parrocchiale. Le vicende architettoniche di questo edificio hanno poi avuto alterne vicissitudini nel corso della storia, fino ad arrivare all'attuale struttura che è il risultato dell'unione di tre chiese preesistenti. L'ingresso principale, su piazza Lattanzi, è oggi costituito da una sobria facciata secentesca in mattoni e pietra arenaria, dove un semplice portale con timpano triangolare è sovrastato da un oculo. Collegata a questa facciata è una più antica struttura risalente al XII secolo, in stile romanico gotico, realizzata in mattoni di cotto, nella cui parte alta possiamo notare la tipica decorazione ad archetti. Il fronte di questa chiesa più antica si affaccia su via Giulio Cesare con elementi architettonici degni di nota. Il portale a tutto sesto presenta una dentellatura ed è incassato in una porzione di muratura sporgente e cuspidata e ai lati due finestre trilobate incorniciate da archi realizzati con mattoni. In alto, presso la copertura a spioventi, torna la decorazione ad archetti. Proseguendo per via Giulio Cesare si trova un'altra porzione di muratura, appartenente alla terza chiesa inglobata da Santa Maria a Mare e che costituisce l'esterno dell'odierna sagrestia. Il bel campanile è originario dell'edificio duecentesco: sopra le quattro grandi monofore presenta decorazioni ad archetto ma, questa volta, a sesto acuto.
L'interno rispecchia la particolare unione di diversi edifici che sta all'origine di questa chiesa: si può notare, infatti come la zona presbiteriale sia sprovvista di absidi. Ciò dipende dal fatto che l'attuale presbiterio è costituito dalla navata della chiesa duecentesca (trasversale rispetto all'orientamento della chiesa odierna), di cui rimangono tre poderose arcate a sesto acuto, decorate con dentellature e sovrastate dal solito motivo ad archetti. I due grandi pilastri che le sostengono sono diversi (uno con un capitello squadrato, l'altro con foglie d'acanto schiacciate) a dimostrazione che l'edificio era stato realizzato con materiali di reimpiego. Tipicamente gotiche sono le volte a crociera attraversate da nervature. La parte rimanente della chiesa, divisa in tre navate con volte a crociera, è il risultato di un restauro del 1912, condotto da Sigismondo Nardi, con il fine di riportare l'intero edificio ad un aspetto primitivo in tono con l'antico presbiterio. Sempre con lo stesso scopo il Nardi affrescò queste volte con l'immagine dell'Assunta e le Virtù Teologali e Cardinali in cielo stellato. Nella zona presbiteriale, un tempo completamente affrescata, rimangono diverse testimonianze pittoriche comprese tra il XIV e il XVI secolo. Nella parte sinistra si trova, in alto, un grande san Sebastiano, più in basso una Madonna con Angeli e, ancora, San Sebastiano, gruppo attribuito a Paolo da Visso. Al lato c'è una tomba ad arcosolio che reca un ben conservato affresco di scuola marchigiana trecentesca, rappresentante una Madonna con Bambino tra S. Caterina d'Alessandria e San Paolo, che presenta il priore inginocchiato. Tra gli altri brani rimasti spicca, sulla parete di sinistra, un frammento grande come una mattonella raffigurante uno stupefacente volto di santo attribuito ai Salimbeni di San Severino (XV secolo).