La ville de Tartas, siège d'une vicomté passée dans la maison d'Albret au début du XIVe siècle, comptait au Moyen Âge et à l'époque moderne deux églises principales, toutes deux bâties sur la rive gauche de la Midouze (affluent de l'Adour) et qui portèrent successivement le titre paroissial : Saint-Martin, érigée dans la ville haute, et Saint-Jacques, située au bord de la rivière.

La fondation de l'église Saint-Martin (Sanctus Martinus) remontait peut-être au XIe siècle. Adossée aux murs de la citadelle, elle comportait un vaisseau central flanqué de deux collatéraux dans lesquels s'inséraient vingt-deux "chapelles" (autels) au XVIIIe siècle. Aliéné à la Révolution, l'édifice fut vendu comme bien national à un nommé Lamaison pour 4.320 livres, tandis que le cimetière attenant était acheté pour 1.320 livres par son voisin Tournaire. Ce dernier revendit le tout en juillet 1816 à l'abbé Joseph Mérignac de Mallet, curé d'Ousse-Suzan, qui en fit don le 14 août suivant à la commune de Tartas, sous condition de reconstruire l'église dans un délai de six ans. Cette clause n'ayant pas été respectée, la donation fut révoquée. Le 13 mars 1827, l'abbé Guillaume Miqueu, curé de Tartas, racheta pour 1.200 francs à l'abbé de Mérignac l'ancienne église et le terrain environnant (AD Landes, 3E51-307), dont il fit à son tour don à la commune. C'est à son emplacement que devait être construite la nouvelle église Saint-Jacques à partir des années 1840.

La première église Saint-Jacques, d'abord simple chapelle seigneuriale des vicomtes de Tartas, est signalée dans un acte de 1372 passé entre Bernard de Gontaud et Amanieu d'Albret. Situé au bout du pont (la gleyze Sanct Yaques deu cap dou pount), l'édifice était régulièrement inondé par des crues de la Midouze. Celle du 31 décembre 1598 emporta le mur gouttereau sur la rivière et contraignit la Ville à reconstruire l'église dans sa quasi-totalité, travaux qui furent achevés en 1601. Ce bâtiment est connu grâce au procès-verbal de la visite faite par l'évêque de Dax Suarez d'Aulan le 13 avril 1742, ainsi que par une lithographie de J. Philippe illustrant la Guienne historique et monumentale de Ducourneau en 1842, peu de temps avant sa destruction. L'église comptait au milieu du XVIIIe siècle trois autels, l'un dédié à Notre-Dame de Pitié "du côté du midi", un autre à Notre-Dame du Rosaire et saint Michel au nord, enfin une chapelle du Saint-Sacrement.

La vétusté de l'édifice et l'incommodité de sa situation, qui occasionnait humidité et dégradations, le condamnaient toutefois dès les années 1820. On envisage ainsi en août 1835 de transférer le titre paroissial à l'ancienne chapelle des Cordeliers. L'ampleur des travaux nécessaires fait cependant échouer le projet. En août 1839, à l'occasion du passage à Tartas du duc d'Orléans, héritier du trône, le maire sollicite un secours pour rebâtir à neuf l'église Saint-Jacques. Malgré les conseils du préfet, qui préconise le choix de l'architecte départemental Augustin Arthaud, un premier projet est demandé en juillet 1842 à l'architecte Michel Destenave de Saint-Sever, qui a construit la halle aux grains peu de temps auparavant. Le plan n'est pas retenu (Destenave obtiendra un dédommagement de 1.000 francs le 9 avril 1848). En février 1843, une nouvelle crue emporte le mur bordant la Douze, accident qui détermine la décision définitive de reconstruire à neuf. Le sort du vieil édifice est réglé le 27 mars 1848, date à laquelle le conseil municipal ordonne la démolition des deux églises Saint-Jacques et Saint-Martin, aussitôt mise en œuvre par les charpentiers tarusates Arnaud Bonnemaison et Germain Lacoste. Le carrier Arnaud Darrecam dit Menot fait l'acquisition des matériaux par contrat passé avec le maire Jean Thomazo le 31 mars 1850. La future église sera érigée, à peu près, sur l'emplacement de l'ancien Saint-Martin dans la ville haute.

Le 23 juin 1846, le conseil municipal, qui a eu connaissance du plan de l'église projetée de Peyrehorade par l'architecte Hippolyte Durand (1801-1882), alors résidant à Moulins (il ne sera architecte diocésain de Bayonne qu'en 1848), lui confie le projet de construction. Celui-ci, dérivé d'une série de plans-types d'église gothique présentée par Durand au Salon de 1845, est approuvé par le conseil des Bâtiments civils en août 1847. Après quelques atermoiements, l'entrepreneur tarusate Jean Lacouture fils (1814-1869) obtient l'adjudication des travaux le 17 avril 1849. L'évêque François Lannéluc pose la première pierre le 30 octobre suivant (le procès-verbal de la cérémonie porte les signatures des architectes Hippolyte [1796-1868] et Henri Guichenné, chargés de l'inspection du futur chantier). La première tranche des travaux est exécutée de 1849 à 1854 par vingt ouvriers. Un procès-verbal de réception provisoire est signé le 24 mars 1854, date à laquelle l'entrepreneur Lacouture, en conflit avec l'architecte, abandonne le chantier et résilie son marché. La dépense, prévue par le marché à 96.555,32 francs et, après le rabais consenti, à 88.829 francs, s'élève déjà à 108.813,41 francs en raison des travaux supplémentaires ordonnés par Durand. L'entrepreneur local Arnaud Bonnemaison (1811-1890) signe un nouveau marché le 26 avril 1854, pour une somme de 47.749,67 francs, et achève les travaux au printemps 1856 (voûtes du chœur et de l'abside, dallages et carrelages, charpente, flèche du clocher, beffroi, murs de soutènement de la terrasse du perron occidental). L'édifice achevé est consacré par Mgr Lannéluc les 23 et 24 avril 1856 et inauguré le 1er mai. La réception définitive des travaux, par l'architecte départemental Jules Sibien, a lieu le 17 décembre 1856. Les années suivantes sont consacrées à la décoration intérieure et à l'ameublement : vitrerie par le verrier bordelais Joseph Villiet (1855-1856) et, sans doute, par les Parisiens Adolphe et Édouard Didron, peintures murales par le peintre montois Louis-Anselme Longa (1856-1857 et 1865-1867), mobilier par le Bordelais Bernard Jabouin (vers 1860), etc. Une campagne de travaux complémentaires est menée de 1865 à 1868 : on remplace la toiture en charpente du clocher par une flèche en pierre d'Angoulême, tout comme celles des tourelles d'escalier ; un escalier d'accès monumental est aménagé devant le parvis de l'église.

Diverses réparations mineures sont exécutées tout au long du XXe siècle. Parvenu à la fin du siècle dans un état de dégradation alarmant, le décor intérieur est restauré en totalité en deux phases successives, la première en 1990-1991 (chapelles du transept et collatéral nord), la seconde, générale, de 1999 à 2001 par l'atelier Dufon sous la direction de l'architecte Stéphane Thouin. D'autres campagnes de travaux sont menées en 2003, 2005, 2009 et 2010. L'édifice est classé le 2 août 1999 au titre des Monuments historiques en raison de son intérêt historique (l'une des premières manifestations du mouvement néogothique dans les Landes) et artistique. Il reste à ce jour l'unique édifice religieux du XIXe siècle protégé dans le département.