1323 m. kunigaikštis Gediminas buvo pasikvietęs į Vilnių vienuolius pranciškonus. Ta patį padarė ir Lietuvos didikas Goštautas, pasikviesdamas į miestą 14 vienuolių pranciškonų. Jis dovanojo jiems namus ir juos ten įkurdino. Goštautui išvykus, vienuoliai buvo nužudyti ir sumesti į Vilnelę. Goštautas vėl pasikvietė vienuolius pranciškonus, bet įkurdino juos jau kitoje vietoje ir čia pastatė Šv. Kryžiaus bažnytėlę. Bažnyčia degė jau 1524 m. Šioje vietoje 1635 m. įsikūrė kunigai bonifratrai, ten pat pastatė bonifratrų bažnyčią bei vienuolyną ir įkūrė dvasiškai nesveikų ligonių prieglaudą bei ligoninę. Vėliau bonifratrai į savo vienuolyno rūmus įtraukė ir Goštauto bažnytėlę. 1737 m. bažnyčia sudegė, o 1748 m. jos vidus buvo rekonstruotas: pastatyti šeši vėlyvojo baroko stiliaus altoriai ir sakykla, ta pačia dvasia perdirbtas bažnyčios fasadas ir vienuolyno pastatas. Tačiau 1843 m., liko tik bonifratrų bažnyčios filialas. Bonifratrai bažnyčios viduje buvęs šaltinis. Pagal legendą, šaltinis atsivėręs savaime prie Švč. Mergelės Nekaltojo Prasidėjimo statulos. Vanduo turėjęs gydomųjų galių. Aukštai, bažnyčios Didžiajame altoriuje, kabo stebuklingasis kryžius, žemiau - Švč. Mergelės Marijos su Vaikeliu Jėzumi paveikslas. Paveikslo kilmė nežinoma. Galima spėti, kad jis buvo nutapytas XVII a. Nuo 1914 iki 1924 m. bažnyčioje buvo laikomos pamaldos lietuvių moksleiviams. Čia melsdavosi Vytauto Didžiojo gimnazijos mokiniai su mokytojais: A.Stulginskiu, A.Smetona, Gyliu, P.Grajausku, M.Bagdonu, M.Biržiška. Vilnių valdant lenkams, lietuviškos pamaldos buvo nutrauktos. Lietuviškai meldžiamasi buvo tik Šv. Mikalojaus bažnyčioje.

Sovietiniais metais bažnyčia buvo pertvarkyta į Mažąją koncertų salę.

1992 m. bažnyčia su vienuolynu grąžinti Vilniaus arkivyskupijai. Bažnyčia restauruota. Joje išliko tik 4 altoriai. Prie bažnyčios įkurtas Marijos vienuolynas, priklausantis arkivyskupijai.

Vytautas Šiaudinis