Kirken ble bygd i årene 1692–1701 etter tegninger av Józef Szymon Bellotti. Den fikk grunnplan som et kors med to sideskip i barokkstil. Fasaden, slik den ser ut i dag, ble ombygd i 1762–1780 av Karol Stanisław Radziwiłł etter tegninger av den ungarske arkitekten Efraim Szreger, som den første klassisistiske fasade i det polske kongeriket. Kirken ble dekorert innvendig med maleriene til Szymon Czechowicz og Franciczek Smuglewicz, og fikk en overdådig innredning med et praktfullt hovedalter i rokokkostil. Frédéric Chopin fikk senere sin aller første spillejobb i Karmelittkirken.