Šv. Kazimiero bažnyčia ir jėzuitų vienuolynas (profesų namai) įsteigti 1596 m. Bažnyčia pradėta mūryti 1604 m., bet nebaigta. 1610 m. ji degė, galutinai baigta statyti 1616 m. Jos architektas ir statybos darbų vykdytojas Jonas Frankevičius. Šv. Kazimiero bažnyčia - pirmoji baroko stiliaus bažnyčia Vilniuje. Jos architektūrinė struktūra pakartoja pirmosios jėzuitų bažnyčios Romoje planą: išilginė ir skersinės navos sudaro lotynišką kryžių, o jų susikirtime kyla aukštas kupolas. Šoninės navos paverstos atskiromis koplyčiomis, virš kurių įrengtos atviros galerijos. Dviejų bokštų bažnyčios fasadas pastatytas pagal lietuviškų bažnyčių tradicijas. Per 1749 m. gaisrą sunaikintas bažnyčios interjeras, įkrito kupolo skliautai. 1750-1755 m. atlikta kapitalinė bažnyčios rekonstrukcija: atstatytas laiptuotas barokinis kupolas, iš dirbtinio marmuro pastatyta trylika altorių su gausiomis šventųjų skulptūromis , o taip pat puošni sakykla. Likusių tos rekonstrukcijos elementų stilius neabejotinai rodo, kad bažnyčią rekonstravo architektas J.K. Glaubicas.

Rekonstrukcijos metu buvo užmūrytos šoninės sienų galerijos. Jų vietoje nutapyti šeši dideli Šv. Kazimiero gyvenimo siužeto paveikslai. Jų autorius - jėzuitas Fridrikas Obstas.

Uždarius jėzuitų ordiną, 1773 m. bažnyčia atiteko kunigams emeritams, o nuo 1799 m. ji tapo parapine. 1812 m. prancūzai ją pavertė javų sandėliu ir labai ja sužalojo. 1815 m. bažnyčią savo žinion paėmė misionieriai ir gražiai ją suremontavo. 1832 m. caro įsakymu bažnyčia buvo uždaryta ir paversta Šv. Mikalojaus soboru. Per 1834-1837 m. pagal akademiko A.Rezanovo projektą, bažnyčią rekonstruojant, sunaikinta 10 barokinių dirbtinio marmuro altorių ir nuostabi J.K.Glaubico sakykla.

1867 m. architektas Čaginas bažnyčią pritaikė soborui: pažemino kampinius fasado bokštus, ant jų uždėjo svogūninius kupolus, nuo centrinio kupolo nuėmė DK mitrą, o kupolus padengė paauksuota skarda. Jis pristatė prieangį su panašiu kupolu ir išpuošė fasadą. Po to nugriovė muzikos chorą, sunaikino viduje buvusį puošnų barokinį LDK lauko etmono Vincento Gosievskio, žuvusio 1662 m., antkapinį paminklą. Prieš XIX a. rekonstrukciją bažnyčia buvo paprastų masyvių formų, didinga, monumentali, stiprios tektoniškos kompozicijos. Jos rūsčias ir lakoniškas formas paįvairino 1755 m. pristatytas barokinis prieangis.

1917 m. bažnyčia grąžinta katalikams. Vokiečių okupacijos metu joje vyko kareivių protestantų pamaldos. 1922-1925 m. buvo atstatytas muzikos choras. Bažnyčios vidus buvo suremontuotas ir, kiek buvo įmanoma, buvo pašalinti rusų padaryti pakeitimai. Tarpukariu bažnyčia su vienuolynu priklausė jėzuitams lenkams, nuo 1940 m. - lietuviams. Prie bažnyčios, vienuolyno patalpose, visą laiką buvo gimnazija. Nuo 1942 m. čia veikė pirmoji berniukų (buvusi Vytauto Didžiojo) gimnazija. Vėliau ji tapo A.Vienuolio vidurine mokykla, o šiuo metu čia yra Jėzuitų gimnazija. Šioje bažnyčioje dirbo lietuviai kunigai Paukštys, Garuckas, Blažys, Petronis ir kt. Per Antrąjį pasaulinį karą patrankos sviedinys numušė centrinį ir fasado vidurinį bokštą. 1942-1944 m. pagal architekto J.Muloko projektą buvo atstatytas centrinis bokštas - karūna su kryžiumi. Fasado bokštas su kryžiumi taip ir liko neatstatytas. Šv. Kazimiero bažnyčia buvo uždaryta 1948 m., vėliau joje buvo įrengtas ateizmo muziejus.

Tik 1991 03 01 bažnyčia restauruota ir iš naujo pašventinta kaip katalikų jaunimo ir studentų bažnyčia. Pirmuoju klebonu paskirtas kun. J.Boruta.

Vytautas Šiaudinis