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)Przemysław Włodek, Adam Kulewski Lwów: przewodnik, Rewasz Pruszków..
Kościół strawił częściowo pożar w 1734.