Precedente alla chiesa di Sant’Ambrogio è la chiesa dedicata al santo vescovo di Tours e patrono di Balsamo. Pare che il piccolo borgo accogliesse i suoi fedeli in una piccola cappella dedicata a San Marco, già in uso alla fine del XIII secolo. Questa originariamente comprendeva una pianta rettangolare con due altari e campanile esterni.

La prima visita ufficiale dell’Arcivescovo Carlo Borromeo nel 1579 avvenne sotto la nomina di Don Taddei quale parroco della chiesa; in quell’occasione fornì le direttive per una ricostruzione dell’edificio secondo i dettami imposti dalla Controriforma Cattolica. Dal nuovo rifacimento ne risultò una navata unica aperta da tre ingressi con i due altari originari, di cui uno dedicato alla Vergine ed il battistero; sette cappelle laterali ed il presbiterio comunicante con sacrestia e campanile. I lavori terminarono entro il 1604, come testimonia una relazione di Federico Borromeo, ma il problema rimaneva lo spazio insufficiente ad accogliere tutti i fedeli dell’antico borgo. 

Si deve a Don Antonio Colombo, parroco dal 1899 al 1919, l’allargamento della chiesa mediante due navate laterali ed il rifacimento della facciata. Quest’ultima presenta infatti due nicchie che mostrano le statue di San Martino e Sant’Anna con la Vergine bambina, mentre la statua della Vergine portante una grande croce è situata sulla parte culminante la facciata stessa. Sono inoltre presenti due lavorazioni in legno raffiguranti Gesù flagellato e Maria Addolorata (entrambi prelevati circa un secolo prima dalla chiesa Santa Maria a Monza) all’interno delle nicchie dei due nuovi altari collocati nelle nuove navate. 

Al culmine del frontone troviamo la statua della Vergine benedicente mentre si conservano gli affreschi ottocenteschi che decorano la volta con putti ed emblemi vescovili attribuiti a Carlo Farina, del presbiterio con San Martino e gli evangelisti e del transetto con due medaglioni assegnati a Farina che mostrano le effigi di Sant’Ambrogio.