Archeologiniais tyrimais nustatyta, kad vieta Trakų gatvėje, kur stovi pranciškonų konventualų bažnyčia, yra viena ankstyviausių katalikiškų Vilniaus vietų. Čia rasti radiniai byloja apie krikščioniškai laidotus palaikus dar prieš pastatant pirmąją mūrinę bažnyčią XIII a. pabaigoje. Kaip ir dauguma kunigaikščio Vytauto ir karaliaus Jogailos statytų šventovių, ši pranciškonų bažnyčia konsekruota Švč. Mergelės Marijos Dievo Motinos Ėmimo į dangų titulu. Jos vardas rašytas ir su priedėliu „in Arena“, t. y. Smiltynėje, kadangi taip vadinta ši miesto vieta.

1390 m. kryžiuočiai, puldami Vilniaus pilis, kartu sudegino ir pranciškonų statinius. 1421 m. pastatyta nauja bažnyčia ir panašiu metu – vienuolynas. Vertingų vienuolyno architektūros fragmentų, ankstesnių nei XVIII a., kiek daugiau išliko bažnyčioje nei vienuolyno pastate. XIX a. po sukilimų vienuolynas ir bažnyčia buvo uždaryti, atimta turtinga biblioteka. Sovietmečiu bažnyčioje buvo įkurtas archyvas. 1998 m. bažnyčia buvo sugrąžinta pranciškonams konventualams.

Prie įėjimo į bažnyčios ir vienuolyno teritoriją prie tvoros stovi barokinė Suzinų šeimos koplyčia, pastatyta kazokų nužudytiems vilniečiams.

Baltoji Madona, arba Švč. Mergelės Marijos Nekaltojo Prasidėjimo statula, mieste malonėmis garsėjo nuo XVIII a. Tuomet ji stovėjo vienuolyno salėje, kur buvo priimami lankytojai. Marija vaizduojama besilaukianti, kaip aprašyta Apreiškime Jonui. Greičiausiai tai ir lėmė, kad Baltoji Madona gerbiama kaip šeimos sergėtoja, nedarnių šeimų taikytoja ir šeimų, negalinčių susilaukti vaikų, užtarėja bei negimusių kūdikių globėja. 1864 m. carui uždarius vienuolyną Marijos statula buvo paslėpta užtinkuojant ją nišoje. 1935 m. pranciškonai statulą pernešė į Šv. Lauryno koplyčią. Sovietmečiu statula vėl buvo užtinkuota koplyčios nišoje ir niekas neįtarė, kas paslėpta valstybės archyvo sandėlio sienoje. Bažnyčią sugrąžinus pranciškonams statula buvo atidengta.