La visita pastoral del obispo de Tarazona, D. Pedro de Luna, a la iglesia de Fuentes de Jiloca en 1573 motivó la construcción del actual templo. El obispo, tras comprobar el estado ruinoso del antiguo templo, ordenó edificar uno nuevo, iniciándose las obras en 1574 y prolongándose hasta 1581. Participaron en su construcción los hermanos Juan y Francisco Marrón, junto con Juan de Mendizábal y Juan de Cumista. La planta se debe al morisco bilbilitano Gabriel Meçot.

La continuidad de las obras dio como fruto un conjunto estilísticamente uniforme, a excepción de las capillas de la Soledad y del Rosario que flanquean la sacristía tras el presbiterio, construidas en torno a 1598 por Juan de Argos, y la capilla romanista de la Virgen del Pilar, levantada en los primeros años del siglo XVII a expensas de D. Jaime Ximenez de Ayerbe, Abad de Montearagón, y ejecutada por Domingo de Goya. Hacia el año 1600 se construye la torre que, a pesar de sus reminiscencias mudéjares, conceptualmente es acorde con el resto de la iglesia.

Interiormente es una iglesia de planta de salón, de tres naves de igual altura, la central más ancha que las laterales. Las columnas son cilíndricas, con basa y capitel de imposta a modo de anillos. Se cubre toda la iglesia con bóveda de crucería estrellada. Una imposta de tipo clasicista recorre toda la cornisa y los capiteles de las columnas, en ella que se deslizan escritos en letras capitales con fragmentos de Salmos, Éxodo y Letanías marianas. 

El retablo mayor, dedicado a la Asunción de la Virgen, es un retablo mixto de escultura y pintura,  con mazonería policromada y dorada. Fue encargado por el Concejo y Jurados de Fuentes a los escultores de Calatayud Pedro Virto y Bernardino Vililla en 1642. Los diez lienzos con las imágenes de apóstoles junto con las de Cristo y la Virgen María forman un conjunto unitario en el que, bajo cada una de las imágenes, puede leerse una frase del Credo. Sobre el retablo, se conserva una pintura al fresco “seco”, con la figura de Cristo Crucificado. Es de estilo manierista y fue realizada hacia 1580, en el momento en el que se estaban acabando las obras de la iglesia. En el lado del evangelio se  encuentra una vidriera realizada en óleo sobre alabastro nos muestra a la Virgen María en el momento de la Anunciación.

Junto al retablo se encuentra un armario empotrado cuyas  puertas están pintadas al temple sobre tabla y representan a San Juan Bautista y San Pablo sobre los que una inscripción latina hace mención a las reliquias de los Santos y Mártires que se guardan en un hermoso relicario de madera, una pieza realizada en madera dorada y policromada y fechada en 1592. 

La iglesia guarda otras piezas de singular interés como el órgano, realizado por Bartolomé Sánchez en 1732 y la sillería del Coro, en madera de nogal, en la que cada respaldo está realizado en una sola pieza, o su exquisita colección de orfebrería conservada en el pequeño museo parroquial.

La Guerra de los Dos Pedros (s. XIV) alteró la pacífica existencia de los habitantes de Fuentes de Jiloca y sucedió un hecho en el que varios autores ven el origen de la presencia del castillo en el escudo de armas de la localidad. Tal y como relata Miguel Martínez del Villar en 1598, el monarca castellano entró en Calatayud el 9 de agosto de 1362 y continuó el asedio a los pueblos de la ribera del Jiloca, asedio del que no se libró Fuentes de Jiloca. El castillo resistió los envites de los castellanos por lo que Pedro I decidió enviar a Fuentes a vecinos de otros pueblos para que, por las buenas, entregasen el lugar.  Los de Fuentes se negaron y según Martínez Villar, unos soldados castellanos se disfrazaron y acudieron al castillo aprovechando que solo estaban dentro las mujeres, pues los hombre se hallaban en la iglesia. Cuando estuvieron dentro colocaron las banderas de Castilla en las torres, las mujeres comenzaron a gritar y a defender la fortaleza. Los hombres, al oír el barullo acudieron al castillo y despeñaron a los intrusos “ganándoles las banderas”.  Aunque esta historia tiene tintes legendarios algo de verdad hubo en este relato, ya que poco después de que los de Fuentes repeliesen el ataque de los castellanos, Pedro IV se personó en la localidad arengando a sus vecinos a resistir, incluso prometiéndoles una recompensa. Pero según parece, el castillo de Fuentes cayó en manos de los castellanos en febrero de 1363.

Las ruinas de esta fortaleza coronan la cima del cerro donde se asienta el casco urbano. La fortaleza ha sido datada por algunos autores entre los siglos IX-X, con posteriores ampliaciones. El conjunto defensivo pudo complementarse con varias atalayas distribuidas estratégicamente en el término municipal, alguna de las cuales correspondería con antiguos despoblados  (la Torrecilla, Buytrin, Novella, y probablemente Valdegascos). A principios de 1616 su estado debía de ser lamentable, ya que en el Archivo Parroquial  encontramos una serie de datos en los que se da cuenta de lo que se pagó por el derribo de las torres.