Im Hochmittelalter war Stade ein aufstrebender Handelsort. Den Grafen von Harsefeld, die sich hier im 10. Jh. niedergelassen hatten, folgten wenig später die Bremer Bischöfe. Sie gründeten im 11. Jh. einen eigenen Siedlungsbereich mit Markt.
Ein Vorgängerbau von St. Wilhadi bildete vermutlich das geistliche Zentrum der bischöflichen Siedlung. Bei Ausgrabungen konnten im Kircheninnenraum Feldsteinmauern des 11. Jh. lokalisiert werden. Benannt ist die Kirche nach dem hl. Willehad, Begründer und erster Bischof des Erzbistums Bremen.
St. Wilhadi ist neben St. Cosmae Stades einzig erhaltener Backsteinbau aus dem Mittelalter. Der markante Westturm, Ende des 13. Jh. errichtet, bildet den ältesten Teil der Kirche. Der Ausbau zu einer dreischiffigen gewölbten Hallenkirche mit seitlichem Brauthaus erfolgte in mehreren Phasen bis ca. 1400.
1659 brach in Stade ein verheerender Großbrand aus. Das Feuer zerstörte die St. die Turmspitze, die Dächer und den gesamten Innenraum von St. Wilhadi. Auch der 1667 gebaute barocke Turmhelm überdauerte nicht die Zeiten. 1724 vernichtete ihn ein durch Blitzschlag entfachter Brand. 1765 erhielt der Turm schließlich sein heutiges Pyramidendach.
Ein Großteil der Innenausstattung datiert in die Zeit zwischen 1660 und 1677. Dazu zählen die Kanzel und der zweigeschossige Hauptaltar. Beide stammen aus einer Hamburger Werkstatt.
Barocke Pracht entfaltet die Erasmus-Bielfeldt-Orgel. Sie zählt heute zu den wichtigsten historischen Orgeln Deutschlands aus der Zeit Johann Sebastian Bachs. Der vermutlich in Stade geborene Bielfeldt erbaute das zweimanualige Instrument zwischen 1731 und 1736. Es ersetzte die beim Brand von 1724 ebenfalls vernichtete Orgel von Arp Schnitger.