W końcu XVI w. kościół stał się punktem oparcia młodego zakonu jezuitów: biskup krakowski Piotr Myszkowski przekazał im kościół w 1579, co zatwierdził król Stefan Batory w 1583, który zrzekł się też patronatu królewskiego nad świątynią. Jezuici stopniowo zmieniali wyposażenie kościoła dokonując jego barokizacji, m.in. w 1588 zbudowano nowy ołtarz główny, a w latach 1624–1625 zrealizowano kaplice: z części nawy północnej wydzielono kaplicę z ołtarzem św. Stanisława Kostki, a przy nawie południowej dobudowano kaplicę z ołtarzem św. Ignacego Loyoli. Ta ostatnia kaplica znalazła się pod opieką możnej rodziny Korycińskich (w krypcie pod kaplicą urządzono rodowe mauzoleum).
W połowie XVII w. powstał plan całkowitej przebudowy kościoła w stylu barokowym, na co fundusze przeznaczył zmarły w 1658 kanclerz wielki koronny Stefan Koryciński. Prace podjęto jednak dopiero w latach 80. tego stulecia i zakończono w 1692, kierował nimi . Kościół zyskał nową, barokową fasadę. Planowano m.in. przebudowę sklepienia na kolebkowe, wykonanie empor nad nawami bocznymi, zamknięcie prezbiterium półkolistą apsydą, jednak nie wiadomo, czy wszystkie te plany zostały ostatecznie zrealizowane.