Церковь долгое время была единственным православным храмом в Минске. Во время войн и религиозных конфликтов церкви неоднократно приходилось выполнять и оборонительную функцию, превращаясь в неприступную крепость. Этим обусловлена толщина стен, высокое расположение окон над землей и наличие бойниц.

Церковь, которая до начала XIX века была православным собором, посещал император Павел I. Во время войны 1812 года в церкви размещался французский лазарет. Во время Второй мировой войны церковь служила убежищем от бомбежек для жителей города. До начала 1990-х годов в здании находился архив, с 1991 года богослужения в церкви были возобновлены.

6 апреля 1999 г. были освящены и подняты на звонницу 8 вновь отлитых колоколов. В январе 2001 г. их число дополнилось еще одним, самым большим. В церкви хранится почитаемая икона Виленских мучеников Антония, Иоанна и Евстафия с частицами их мощей.