Dievo Gailestingumo šventovėje gerbiamas pirmasis Vilniuje nutapytas Dievo Gailestingumo paveikslas. Paveikslą 1935 m. pagal šv. Faustinos regėjimus Vilniuje nutapė dailininkas Eugenijaus Kazimirovskis. Apreiškimuose seseriai Faustinai Jėzus kalbėjo: „Pažadu, kad ta siela, kuri garbins šį paveikslą, nepražus. Taip pat pažadu jau čia, žemėje, pergalę prieš priešus, ypač mirties valandą. Aš pats ją ginsiu kaip savo garbę.“

Vizito Lietuvoje metu šv. Jonas Paulius II meldėsi prie šio paveikslo, kai jis dar buvo Šventosios Dvasios bažnyčioje. Kalbėdamas tikintiesiems, popiežius ragino, nepaisant nieko, stengtis būti dangiškojo Tėvo vaikais, pasiaukojusiais Įsikūnijusio žodžio mokiniais ir klusniais Šventosios Dvasios įrankiais: „Tokiu Dievo įrankiu buvo šv. Faustina, kuri pasitikėjo jai apsireiškusio Išganytojo žodžiais ir išpildė Jo prašymą nutapyti paguodą ir ramybę žmonėms teiksiantį paveikslą.“

Dabartinėje Gailestingumo Šventovės vietoje XV–XVI a. stovėjo pirmoji Švč. Trejybės bažnyčia. XVIII a. bažnyčia buvo perstatyta, priklausė Vilniaus universitetui. 1821 m. caro valdžia šventovę pavertė Apsireiškimo cerkve, 1920 m. ji vėl atiteko katalikams. 1946–1947 m. bažnyčioje dirbo šv. Faustinos nuodėmklausys pal. M. Sopočka. Po Antrojo pasaulinio karo sovietų valdžia bažnyčią uždarė. 2004 m. kovo 8 d. dekretu kardinolas Audrys Juozas Bačkis įsteigė Dievo Gailestingumo šventovę ir į jos centrinį altorių buvo perkeltas Dievo Gailestingumo paveikslas.