Ein erster katholischer Gottesdienst konnte in Winterthur erst nach rund 350 Jahren nach der Reformation (Luthers 95 Thesen sind am 31. Oktober 1517 am Hauptportal der Schlosskirche in Wittenberg angeschlagen worden, Zwinglis 67 Thesen wurden durch den Zürcher rat am 29. Januar 1523 gutgeheissen) durchgeführt werden. Im Sommer 1862, am 10. August, wurde der Saal im alten Stadthaus an der heutigen Marktgasse 53 als Kirchenraum eingerichtet und ein erster Gottesdienst abgehalten. Am 5. Juli 1886 wurde dann die neu erstellte Kirche Peter und Paul im Neuwiesenquartier eingeweiht. In Oberwinterthur konnte am 14. Februar 1907 der Pfarrer von Winterthur, Dekan Johann Theodor Meyer die Liegenschaft „zum Römerhof“ für Fr. 60'000.00 käuflich erwerben. Es war ein Restaurant gewesen, dessen Grundstück gross genug war, später darauf eine Kirche zu bauen. Bis zur Inbetriebnahme der Missionsstation verging noch etwas Zeit, musste doch zuerst eine Trägerschaft organisiert werden. Am 3. November 1907 wurde der katholische Männerverein gegründet. Nachdem auch die baulichen Anpassungen fertig gestellt waren, konnte am ersten Adventssonntag, 1. Dezember 1907, der erste Gottesdienst im ehemaligen nicht optimalen Restaurant-Gebäude gefeiert werden. Am 2. November 1918 kam der deutsche Michael Strasser als erster Pfarrrektor nach Oberwinterthur. Er trieb den Ausbau der Missionsstation voran. Dazu gehörte, das Gottesdienstlokal ausschliesslich für liturgische Zwecke zu benützen. Die abendlichen Unterhaltungsanlässe mussten an einem anderen Ort durchgeführt werden.
Der Saal durfte nur noch als Kapelle genutzt werden. Neben dem Männerverein gründete er weitere katholische Vereine die das leben der Katholiken prägen sollten. Diese Bruderschaften prägten die Zeit bis in die Mitte des 20. Jhdt. Es ging soweit, dass die Gläubigen angehalten wurden das Fleisch beim katholischen Metzger und nicht anderswo zu besorgen. 1919 wurde der Restaurantsaal umgebaut und am 16. Februar 1919 wurde die Kapelle geweiht. Die Missionsstation Oberwinterthur blieb vorerst weiterhin der Kirchgemeinde Winterthur unterstellt. Als die zweite Aussengemeinde Töss auf die Selbstverwaltung drängte, machte man diesen Schritt ebenfalls. Ab 25. März 1923 führte eine Sub-Kirchenpflege diese Ortsgeschäfte. Diese Struktur blieb bis 1946 erhalten.
Am 14. April 1946 fand die letzte eigene „Kirchgemeindeversammlung von Oberwinterthur“ statt. Man schloss sich wieder der Stadtorganisation an. Am 1. Januar 1925 brannte der Römerhof ab. Auch wenn das Gottesdienstlokal nur in Mitleidenschaft gezogen war, man musste ans Bauen zu denken. Bereits am 14. Oktober 1925 konnte das neue Pfarrhaus wieder bezogen werden. 1932 demissionierte Pfarrer Strasser. Sein Nachfolger Joseph Stutz wurde am 24. Juli 1932 eingesetzt. Trotz finanzieller Sorgen war sein Ziel, baldmöglichst eine Kirche zu bauen.1935 war man so weit. Der Bau der neuen Kirche St. Marien konnte in Angriff genommen werden. Architekt war der Deutsche Otto Linder. Er war ein Spezialist für Kirchenbauten.
Seine Kirchen sind Zeugen aus der Übergangszeit nach dem ornamentalen Expressionismus der 20er Jahre zum „Neuen Bauen“. Die klaren, kubischen Baukörper von Kirche, Turm und Saalbau, mit schlichten Satteldach und knappen Dachvorsprung in einer Flucht angeordnet prägen die kirchlichen Bauten. Der im Grundriss quadratische Turm mit eigenwilligem Helm gibt der Kirche ihre unverwechselbare Erscheinung. Am 3. Mai 1936 wurde die neue Kirche eingesegnet. Bis zur eigentlichen Weihe dauerte es noch eine Weile. Erst am 28. April 1957 nahm diese Bischof Christian Caminada vor. Zuvor wollte man die Schulden abgebaut wissen. 1956/57 wurde die Kirche St. Marien renoviert und neu gestaltet. Der feierliche Einweihungs-Gottesdienst fand am 28. April 1957 statt. Am 19. Mai des selben Jahres folgte die lang ersehnte Glockenweihe.
Dieses neue schöne Geläut ersetzte das mühsame und einsame kleine Glöcklein, das zuvor 21 Jahre seinen Dienst versehen hatte. Auf Pfarrer Stutz folgte 1959 Josef Frey, auf den 1963 Josef Rütimann folgte. In dieses Jahr fiel auch die öffentlich-rechtliche Anerkennung der katholischen Kirche. Am 7. Juli 1963 stimmten die Zürcher Stimmberechtigten dem neuen katholischen Kirchegesetz zu. Für den Neu- und Umbau des Pfarrsaales musste mussten zuerst die Besitzverhältnisse geklärt werden. Am 22. Januar 1963 wurde beschlossen den Grundbesitz vom Kultusverein zum Preis von Fr. 244'500.00 zu übernehmen. Bis man sich über das Wie der Bauarbeiten einig war verging wieder einige Zeit. Erst 1966 wurden die Bauarbeiten ausgeführt. Die nötigen Gruppenräume wurden in einem Anbau an den Saalbau untergebracht. Der Winterthurer Architekt Hans Weishaupt baute im typischen Stil seiner Zeit: Flachdach ohne Dachvorsprung. 1976 erfolgte wieder ein Renovation der Kirche. Die Architekten Klaiber, Affeltranger und Zehnder bauten den Kirchenraum um. Im Innenraum wurde eine rustikale Holzdecke eingezogen und der Chor grundlegend umgestaltet. Die ausgewogenen Proportionen Linders gingen verloren.
Die Einweihung fand am 19. Dezember 1976 statt. Pfarrer Josef Rütimann, der langjährige und beliebte katholische Oberwinterthurer Pfarrer wurde am 29. September 1996 offiziell verabschiedet. Da seine Nachfolger Laienseelsorger waren, stand er aber noch einige Jahre für die priesterlichen Dienste zur Verfügung. Er verstarb nach längerer Krankheit am 8. Mai 2006. Die Gemeindeleitung war in dieser Zeit einem starken Wechsel ausgesetzt. Da die Suchen nach einem Pfarrer vielfach ergebnislos verliefen, wurden auch immer wieder Laienmitarbeiter hinzugezogen. Am Anfang des neuen Jahrhunderts sollte das Pfarrheim den neuen Bedürfnissen angepasst werden. Es wurde im Februar 2002 eine Planungskommission gebildet. Der Architekt Walter Hollenstein projektierte die Erweiterung und Sanierung. Rund ein Jahr später, folgte bereits der Spatenstich und als Einweihungsdatum fand der 11. Januar 2004 Eingang in die Geschichtsbücher. Auch der Name Pfarrheim sollte abgelöst werden. „Kirchliches Begegnungszentrum St. Marien“ oder kurz „KiBeZ“ heisst der neue Begegnungsort. Der eingeschossige Pavillon am Eingang zum Hof setzt zu Pfarrheim und Kirche einen Kontrapunkt und schliesst den neuen Kirchenhof gegen Süden ab. Die geschlossene „Kiste“ öffnet sich mit einem grossen fenster gegen die Römerstrasse und dokumentiert damit die Offenheit nach aussen zum Quartier.