Ce quai, en amont de la ville, a été aménagé au début du 19e siècle grâce au financement de l’État approuvé par décret impérial (21 Germinal an XIII) à la suite du passage de Napoléon Ier dans la ville. Un devis estimatif du 25 septembre 1806, de l’ingénieur Guillemot, détaille les travaux à réaliser depuis la rampe de la tête du pont Saint-Laurent jusqu'au bastion Sainte-Marie (3 S 42). Selon V. Fouque, si le projet d'un quai en amont de la ville déjà dressé par Dumorey à la fin du 18e siècle, n'a pu aboutir faute de moyens suffisants, les travaux n'ont finalement commencé qu'en 1807 ; la pose de la première pierre ayant donné lieu à un bal sur le rempart Sainte-Marie. Dans le tableau de Renseignements statistiques dressé en 1860 (3 S 9), il est fait mention d'un rapport du 10 décembre 1812 de l'ingénieur ordinaire Marchant qui fait connaître les dépenses liées à l'établissement d'un quai à Saint-Marie. Les travaux d'aménagement du quai Sainte-Marie ont donc vraisemblablement duré de 1806 à 1812.

L'ingénieur Moreau fit réaliser un port à gradins en 1844, transformé ultérieurement en bas-port auquel on accède par deux rampes. Dans l'Etat des ouvrages de la navigation (3 S 10), il est fait mention du "port public de Ste-Marie à gradins et à plateforme horizontale". Les cartes postales anciennes permettent de voir le quai à gradins et les activités portuaires qui s'y tenaient.

Le quai a été rénové en 2020-2021 dans le cadre de son aménagement en petit port de plaisance.