Šv. Onos bažnyčia dažnai vadinama gotikos šedevru, liepsnojančios gotikos perlu. Ji statyta apie 1495–1500 m. kaip Šv. Onos brolijos koplyčia prie tada dar medinės Bernardinų bažnyčios. Svarbiausias tai įrodantis dokumentas – 1501 m. popiežiaus Aleksandro VI suteikta atlaidų privilegija Vilniaus Šv. Onos bažnyčiai, skatinusi tikinčiuosius gausiai ją lankyti ir prižiūrėti. Prie bažnyčios taip pat veikė ir vokiečius bei kitų šalių katalikus vienijanti Šv. Martyno brolija.

1747 m. pagal žymaus architekto Jono Kristupo Glaubico projektą buvo įrengti trys mūriniai barokiniai altoriai, išlikę nepakeisti iki šių dienų. Dar du dideli remontai atlikti 1902–1909 m. ir 1969–1971 m. Nors, pasak legendos, Napoleonas Bonapartas taip susižavėjęs bažnyčios grožiu, kad net norėjęs ant delno nusinešti ją į Paryžių, jo kariuomenė bažnyčioje buvo įrengusi amunicijos sandėlį, vėliau laikė belaisvius, todėl bažnyčios vidus buvo smarkiai nuniokotas.

Centriniame altoriuje kabo šventovės titulą nusakantis Švč. Mergelės Marijos su Kūdikiu ir šv. Onos paveikslas (liaudyje pritaikytas vertinys iš vokiečių kalbos „Šv. Ona, pati trečioji“). Jame pavaizduotos trys kartos: bažnyčios globėja šv. Ona, jos duktė švč. Mergelė Marija ir kūdikėlis Jėzus – Mergelės Marijos Sūnus ir šv. Onos Vaikaitis. Šiam paveikslui rodytą ypatingą pagarbą liudija puošnūs aptaisai, o šv. Onos kulto išplitimą Lietuvoje liudija daugelio vyresniosios kartos moterų turėtas Onos vardas.