Ausgangspunkt für die Wallfahrt nach Maria Dreieichen war eine Marienbild, das der Horner Kürschnermeisters Matthias Weinberger als Dank für seine Genesung an einer Eiche aufstellte. Seit 1656 ist der Kirchweiler Schnittpunkt mehrerer Wallfahrtswege. 1744 erfolgte die Grundsteinlegung für einen Neubau nach Vorbild der Altenburger Stiftskirche durch Abt Placidus Much. Der Bau wurde nach Plänen von Leopold Wißgrill errichtet, Anregungen kamen von Josef Munggenast.
Die Gliederung des längsgerichteten Innenraumes erfolgt durch eine zentralisierte Ovalkuppel, die am Außenbau nicht hervortritt, sowie durch Querarme und einen zweijochigen Chor. Das Kuppelfresko, die Himmlische Glorie darstellend, stammt von Paul Troger (1752), die weiteren Gewölbefresken wurden von Johann Wenzel Bergl und Josef Hauzinger ausgeführt und zeigen die hl. Dreifaltigkeit, Gruppen von Heiligen aus dem Alten und Neuen Testament sowie die Ordensgründer der drei Waldviertler Stifte Altenburg (hl. Benedikt), Zwettl (hl. Bernhard) und Geras (hl. Norbert). Der Hochaltar stammt von Johann Georg Hoppel (1768), weitere Altarblätter von Johann Wenzel Bergl und Martin Johann Schmidt.
Die beiden Türme konnten erst 1814 bis 1819 von Karl Benedikter nach etwas veränderten Plänen fertig gestellt werden, nachdem das Wallfahrtsverbot Kaiser Josephs II. 1783 Maria Dreieichen zur einfachen Pfarrkirche werden ließ.