Jezuici przybyli do Lwowa w 1584 za sprawą biskupa Jana Dymitra Solikowskiego i jezuity, księdza Jakuba Wujka. Początkowo dostali jako tymczasową siedzibę katedralną kaplicę Bractwa Ubogich. Formalne jej otwarcie nastąpiło w 1591. W 1608 powołali do życia kolegium – szkołę dla młodzieży męskiej. Rozpoczęli też starania o uzyskanie placu pod budowę własnego kościoła i klasztoru. Po ciągnącym się sporze z gminą żydowską ostatecznie na mocy wyroku królewskiego dostali teren po spalonym dworze Mikołaja Mielnickiego, wojewody podlaskiego. W 1610 kamień węgielny pod budowę nowego kościoła poświęcił arcybiskup Jan Zamojski.
Kościół był budowany w stylu barokowym w latach 1610-1635, głównie kosztem Elżbiety Sieniawskiej, małżonki marszałka nadwornego koronnego Prokopa Sieniawskiego. Wzorem dla świątyni był rzymski kościół Il Gesù. Sam kościół lwowski wykazuje podobieństwo do krakowskiego kościoła św. św. Piotra i Pawła (też inspirowanego Il Gesù); otrzymał zresztą identyczne wezwanie. Początkowo prace budowlane prowadził ojciec Sebastian Lanichius. Po nim budowniczym kościoła został generalny architekt jezuitów w Polsce ojciec Giacomo Briano.Cenzorował on prace w latach 1617–1621. W 1630 gotową, mieszczącą 5000 osób świątynię poświęcił arcybiskup Jan Andrzej Próchnicki. Prace wykończeniowe i dekoracja wnętrza trwały do 1659. W 1702 przy południowo-zachodnim narożniku kościoła wybudowano strzelistą, 5-kondygnacyjną wieżę (dzwonnicę) z hełmem, najwyższą w ówczesnym Lwowie (100 m)
Kościół strawił częściowo pożar w 1734. W latach następnych został on odbudowany ze środków przekazanych przez biskupa kijowskiego Samuela Jana Ożgę i Elżbietę z Potockich Szczuczynę, starościnę wolnicką.
W latach 1740-1743 sprowadzeni z Brna malarze Franciszek Ekstein i jego syn Sebastian wykonali freski na sklepieniu kościoła. W 1744-1746 Sebastian Fesinger zbudował w kościele wielki ołtarz główny; jego konsekracja nastąpiła w styczniu 1747. W latach następnych zbudowano ołtarze boczne (1754 i 1759).