Seit ihrer Gründung Mitte des 16. Jh. waren die Freien Bergstädte Clausthal und Zellerfeld durch den Abbau reicher Erzvorkommen so stark gewachsen, dass schon 1610 in Clausthal eine Hauptkirche für 1500 Personen neu gebaut werden musste - die ältere Gottesackerkirche konnte die damalige Bevölkerung nicht mehr fassen.

Schon 1634 wurde diese neue Kirche während einer Brandkatastrophe vernichtet, und mit ihr ein großer Teil der Bergstadt Clausthal. Trotz schwerer Zeiten im 30-jährigen Krieg und der durch den Brand vernichteten Häuser und Vorräte begannen die Bergleute zügig mit dem Neubau ihrer Kirche - in einer einzigartigen Kraftanstrengung und mit höchstem künstlerischen Aufwand.

Am Pfingstsonntag 1642 wurde die Marktkirche zum Heiligen Geist nach acht Jahren Bauzeit geweiht. Entstanden war eine imposante Kirche, die nach Erweiterung Platz für 2000 Menschen bot (bei 6.000 Clausthaler Einwohnern) - ein eindrucksvolles Dokument für die tiefe Verbundenheit der Bergleute mit ihrer Kirche. 

Ein Viertel der Baukosten war aus privaten Spenden finanziert worden - das bedeutet übertragen auf heutige Verhältnisse ein Spendenaufkommen von mehreren Millionen Euro.

Der Glockenturm wurde von der Berghauptmannschaft finanziert und bereits 1637 noch vor dem eigentlichen Kirchengebäude errichtet, damit die Bergleute durch die Anfahrglocke zum pünktlichen Schichtbeginn gemahnt werden konnten.

Im Laufe ihrer Geschichte sind an der Marktkirche immer wieder bauliche Veränderungen vorgenommen worden. So wurde z.B. bereits 1689 das Kirchenschiff um 12 Meter nach Osten erweitert, so dass die Kirche heute 36 Meter breit und 57 Meter lang ist. Im Erweiterungsbau wurde das Deckengewölbe höher ausgeführt als im ursprünglichen Kirchenschiff, um die Orgel hinter den Altar verlegen zu können. Unter der Empore an der Turmseite befindet sich heute eine Winterkirche mit etwa 120 Plätzen.