Ο ναός της Μεγάλης Παναγιάς στην κεντρική πλατεία της Νεάπολης δεσπόζει σε όλα τα σημεία της πόλης, όντας ο μεγαλύτερος ναός της Ανατολικής Κρήτης. Είναι αφιερωμένος στην Κοίμηση της Θεοτόκου και κατά τον εορτασμό της, στις 15 Αυγούστου, δέχεται χιλιάδες προσκυνητές από όλη την Κρήτη. Είναι σταυροειδής εγγεγραμμένος με τρούλο, γυναικωνίτη και δύο επιβλητικά πυργοειδή καμπαναριά στα δυτικά. Στο εσωτερικό εντυπωσιάζουν οι μαρμάρινες επιφάνειες, το ξυλόγλυπτο τέμπλο και οι σύγχρονες τοιχογραφίες του 1962-1965. Έξω από το ναό υπάρχουν τάφοι επισκόπων της περιοχής.
Ο ναός έχει κτιστεί στη θέση της Μονής της Μεγάλης Παναγιάς, η οποία είχε πάρει το όνομά της από αντίγραφο εικόνας της Μεγάλης Παναγίας που βρίσκεται στην Ιερουσαλήμ. Η μονή της Μεγάλης Παναγιάς ιδρύθηκε πριν από την κατάκτηση της Ανατολικής Κρήτης από τους Οθωμανούς το 1645 κι είχε στη δικαιοδοσία της ολόκληρο το Καινούργιο Χωριό, δηλαδή τη σημερινή Νεάπολη. Υπήρξε σταυροπηγιακή μονή, δηλαδή διοικούνταν απευθείας από τον Οικουμενικό Πατριάρχη, ως το 1713, όταν και μεταβιβάστηκε στην Επισκοπή Πέτρας.
Όταν είχαν ερειπωθεί όλα τα κτίρια της μονής και το καθολικό κατά τον 19ο αιώνα, οι κάτοικοι ζήτησαν από τις Τουρκικές αρχές την ανοικοδόμηση τους. Ο επίσκοπος Πέτρας, Ιωακείμ Κλώντζας, έλαβε την άδεια ανοικοδόμησης του καθολικού της Θεοτόκου κι έτσι το 1819 κτίστηκε πάνω στα ερείπια του παλιού ναού ο μικρός μονόχωρος ναός της Μεγάλης Παναγίας της Φερμαλίνας, που βλέπουμε σήμερα δίπλα στο μητροπολιτικό ναό. Λανθασμένα έχει επικρατήσει κι η ονομασία Μικρή Παναγιά, σε αντιδιαστολή με το μεγαλύτερο σε μέγεθος μητροπολιτικό ναό, αφού το όνομα Μεγάλη Παναγιά προϋπήρχε.
Το 1883 ο ναός της Παναγίας Φερμαλίνας θεωρήθηκε ετοιμόρροπος και ζητήθηκε η άδεια ανέγερσης του νέου μητροπολιτικού ναού του Καινούργιου Χωριού. Η κατασκευή του χρειάστηκε πολλά χρόνια καθώς θεμελιώθηκε το 1889 από τον επίσκοπο Μελέτιο Χλαπουτάκη, οικοδομήθηκε κυρίως κατά τη θητεία του επισκόπου Τίτου Ζωγραφίδη και ολοκληρώθηκε το 1927 επί επισκοπείας του Διονυσίου Μαραγκουδάκη. Ο ναός υπέστη πολλές ζημιές κατά τους βομβαρδισμούς του Β' Παγκοσμίου Πολέμου και επισκευάστηκε το 1963, όταν κατεδαφίστηκε και κάθε ίχνος του παλιού μοναστηριού.