Tai viena puošniausių Vilniaus bažnyčių, priklausanti brandžiojo ir vėlyvojo baroko stiliui. Manoma, kad pirmoji bažnyčia šioje vietoje stovėjo jau Gedimino laikais. XV a. pradžioje Vytautas pastatė Šventosios Dvasios bažnyčią, kuri vėliau buvo atiduota seniausiai Lietuvoje domininkonų vienuolijai. 1679–1688 m. ji išplėsta ir rekonstruota. XIX a. viduryje caro valdžia vienuolyną uždarė, o bažnyčią pavertė parapijine. Šiandien joje renkasi lenkų katalikų bendruomenė.

Bažnyčios vidus pasižymi rokokine puošyba, jos interjeras yra vienas vertingiausių iš visų Lietuvos bažnyčių. Gausu portalo kartušų su herbais, freskų rėmų, kuriuos galima pamatyti į bažnyčią vedančiame koridoriuje. Bažnyčioje yra šešiolika altorių. Akį traukia įspūdingi vargonai – tai vienintelis beveik originalus XVIII a. instrumentas. Bažnyčioje yra 45 paminkliniais laikomi paveikslai. Žymiausiais jų – XX a. „Dievo gailestingumas“, kurį pagal Šv. Faustinos viziją nutapė Eugenijus Kazimirovskis. Šio paveikslo kopijos paplitusios visame pasaulyje.

Bažnyčia garsėja ir savo požemiais, juose yra daugybė patalpų, laidojimo kriptų. Požemiuose ilsisi apie 2 000 mumifikuotų mirusiųjų iš XVII–XVIII a., manoma, kad tarp jų gali būti ir maro aukų bei Napoleono kareivių. 1501 m. šalia bažnyčios įkurtas domininkonų vienuolynas. Tačiau XIX a. pradžioje jis buvo paverstas kalėjimu, čia buvo kalinami filaretai, 1831 m. ir 1863 m. sukilimų dalyviai.