Herzog Odilo beauftragte im Jahr 739 Bonifatius, die bayerischen Kirchenprovinzen zu errichten, die heute noch fast identisch mit den Diözesangrenzen sind. Sein Sohn und Nachfolger Herzog Tassilo III. ließ eine Karte des bayerischen Stammesherzogtums der Agilolfingerzeit anlegen, in der die Ortsnennungen bis 788 eingetragen sind. In dieser Karte ist der Ort "ad Ilmina" für Ilmmünster vermerkt.
Die Tradition nennt das Jahr 746 als Gründungsdatum für Ilmmünster.
Eine Grabinschrift aus dem 11. Jahrhundert ist der einzige Beleg für die Translation der Gebeine des Heiligen Arsatius nach Ilmmünster. Demnach brachte ein Eio oder Uto, wahrscheinlich der erste Abt von Ilmmünster, den Leichnam nach Ilmmünster. Anfangs war Ilmmünster eine Benediktinerabtei, spätestens seit 902 dem Kloster Tegernsee angeschlossen und ab 1060 ein Säkularchorherrenstift.
Bereits am Anfang des 9. Jahrhunderts entwickelte sich Ilmmünster zu einer bedeutenden Wallfahrt. Man erbaute eine Saalkirche, aus der die wichtigsten Belege für die Ilmmünsterer Gründungsgeschichte stammen, nämlich die flechtbandverzierten Chorschrankenplatten aus Sandstein, die in der Archäologischen Staatssammlung München aufbewahrt werden. Die heutige Kirche stammt aus dem frühen 13. Jahrhundert. Sie ist eine dreischiffige, querschifflose Pfeilerbasilika.
Ab dem 11. Jahrundert war Ilmmünster neben der schon bestehenden Wallfahrt ein berühmtes Kollegiatstift. Die Stiftspröbste im 13. und 14. Jahrhundert wirkten als Notare und Protonotare in den Kanzleien der Herzöge in München. 1315 wurde dem Stift die Niedergerichtsbarkeit über seine Grunduntertanen verbrieft.
Der 16. und letzte Stiftsprobst von Ilmmünster, Theoderich Mair, konnte die Aufhebung des Stiftes nicht verhindern. Um das Jahr 1492 hat Herzog Albrecht IV. vom Papst die Erlaubnis erhalten, in der Frauenkirche zu München ein Chorstift aufzurichten und die damaligen Stifte von Ilmmünster und Schliersee zu dessen Dotierung zu verwenden.
Am 9. Mai 1495, am Weißen Sonntag, war es so weit. Die Reliquien des Heiligen Arsatius wurden erhoben und der Widerstand der Bevölkerung gebrochen. Am 10. Mai 1495 kam der Zug, von sechs prächtigen weißen Pferden gezogen, in München an. Erasmus Grasser, der große Münchener Bildschnitzer, der in Ilmmünster gearbeitet hat, war ausersehen, den Leib des Heiligen Arsatius behutsam auf den reich gezierten Wagen zu laden.
Ilmmünster sank zur Stiftspfarrei und als Ort der Grundherrschaft des Münchner Kollegiatstifts zu 'Unserer Lieben Frau' herunter und blieb es bis zur Säkularisation im Jahre 1803. In dieser Zeit musste die Hofmarksherrschaft in München nach strengen Vereinbarungen mit Naturalien versorgt werden. Sogar das gewerbsmäßige Fischrecht in der Ilm wurde genau geregelt. Die Fische mussten zur Hofmarksherrschaft in vorgeschriebenen Mengen und zu vorgeschriebenen Preisen geliefert werden.
Seit 1803 ist Ilmmünster eine eigenständige Pfarrgemeinde. 1846 wurde vom 31. Mai bis 11. Juni mit großem Aufwand das 1.100 jährige Bestehen gefeiert. Am 10. November 1846 kamen die Reliquien des Heiligen Arsatius an das ehemalige Chorstift Ilmmünster von München zurück.
Zu Ilmmünster gehört noch die Filialkirche Ilmried (seit spätestens dem 9. Jahrhundert erwähnt) und die Wallfahrtskirche Herrnrast (entstanden vermutlich um 1599, erneuert im Jahr 1689).
Seit 1.1.1990 ist die Pfarrei Ilmmünster zusammen mit den Pfarrgemeinden Reichertshausen/Ilm und Hettenshausen in den Pfarrverband Ilmmünster eingegliedert.
Weitere Informationen zur Geschichte finden sich auch auf den Internetseiten des
Haus der Bayerischen Geschichte.