Спорудження, розпочате 1634, тривало 270 років. Автором вважається архітектор італійського походження Ян Покора (Покорович). Вежі на головному фасаді, запроектовані архітектором А. Вондрашкою у 1835—1839, були завершені під час реставрації 1906 р., яку провадив архітектор В. Галицький.
Укріплений монастир являв собою оборонний комплекс, який зміцнював зі сходу систему міських фортифікаційних споруд. Пам'ятка кам'яна, тринефна, без абсид, до неї примикає прямокутний у плані будинок із внутрішнім двориком. Головний західний фасад розчленований пілястрами, завершений високим шпилем, фланкованим двома баштами з багатоярусним бароковими за характером завершеннями. Костел перекритий склепінням.
Інтер'єр вирішено у стилі бароко, прикрашений у 1731—1732 розписом, який зберігся у склепіннях центрального нефа і належить пензлеві італійського маляра Дж. К. Педретті та його учня Б. Мазуркевича. Картини на сюженти з історії кармелітського ордену виконані Г. Чайковським. Скульптури у нефах створив львівський скульптор 2-ї половини XVII століття А. Штиль.
У радянські часи (1960-1980 рр.) сад колишнього монастиря був місцем спілкування львівських хіпі й інших неформальних угруповань, відомим як «Святий Сад».
Тепер тут міститься монастир Отців Монахів Студійського Уставу УГКЦ.