1642 m. Smolensko kaštelionas Jurgis Liutauras Chreptavičius dovanojo Vilniaus dominikonams 4 000 auksinų ir įpareigojo Lukiškių kapinėse pastatyti bažnyčią. Dominikonai taip pat įpareigoti su bažnytinėmis apeigomis Lukiškių kapinėse nemokamai laidoti neturtinguosius. 1642 m. pastatyta medinė bažnyčia, o netrukus ir vienuolynas. Bažnyčia su vienuolynu 1655 m. sudegė.
1684 m. pastatyta nauja medinė bažnyčia, kurios didžiajame altoriuje pakabintas Švč. Mergelės Marijos paveikslas. Jis 1649 m. atvežtas iš Rusijos ir buvo patekęs į Seinus. 1688 m. vyskupas Konstantinas Kazimieras Bžostovskis šį paveikslą paskelbė esant stebuklingą. Bažnyčią ėmė lankyti daug tikinčiųjų, ji tapo per ankšta.
1690 m. pradėta statyti mūrinė bažnyčia, kuri baigta mūryti iki 1722 m. Ji buvo žema, su dviem bokšteliais. 1718–1727 m. išmūrytas frontonas, bažnyčia paaukštinta. 1713–1739 m. pastatytas mūrinis vienuolynas. 1727–1746 m. pagal architekto Abraomo Antuano Zenu projektą paaukštinti bažnyčios bokštai. 1743–1744 m. dekoruotas bažnyčios vidus. 1765 m. vienuolynas nukentėjo nuo gaisro ir netrukus buvo atstatytas. 1777 m. architektas Augustinas Kosakauskas prie bažnyčios suprojektavo ir pastatė dar kitą namą, ūkinius pastatus. XVIII a. pietinio bokšto apačioje įrengta Šv. Hiacinto koplyčia.
1794 m. Rusijos kariuomenė, naikindama Vilniaus priemiesčius, bažnyčią apgriovė. 1797 m. suremontuota. 1799 m. vienuolyne įkurta Šv. Jokūbo ligoninė. 1812 m. bažnyčioje įrengta karo ligoninė, sukūrenti joje buvę suolai, zakristijos spintos. Pamaldos laikytos vienuolyno koridoriuje. 1812 m. pabaigoje bažnyčios šventoriuje palaidota daug prancūzų karių. 1844 m. vienuolynas uždarytas, o bažnyčia palikta parapine. 1841, 1887 ir 1892 m. bažnyčia remontuota. Iki 1939 m. dailininkas Jurgis Hopenas restauravo vidų. Per Antrąjį pasaulinį karą bažnyčia apgriauta.