Kościół wzniesiono przy ówczesnym klasztorze zakonu franciszkanów reformatów, postawionym tu nieco wcześniej (w latach 1679–1681 i dokończonym w 1694). W 1792 roku franciszkanie zmuszeni byli odstąpić klasztor elżbietankom, które pozostawały tu do 1945 roku. Wtedy przejęli go salezjanie, a w 1953 roku zmuszeni zostali oddać klasztor na potrzeby domu studenckiego wrocławskiego Uniwersytetu. W 1998 roku decyzją kardynała Henryka Gulbinowicza przejęli go paulini.

Kościół ma około 30 metrów długości i 18 metrów szerokości. Kwadratowa w rzucie wieża jest niewysoka i z racji że znajduje się w głębi, ciężko ją dostrzec z ulicy. Nad portalem znajduje się figura patrona kościoła, św. Antoniego z Padwy (w 1718 roku od jego imienia nazwę wzięła cała ulica), natomiast obecnym patronem jest św. Mikołaj.

Okolicę, w której znajduje się kościół, nazywa się Dzielnicą Czterech Świątyń, gdyż w pobliżu znajdują się ponadto Synagoga Pod Białym Bocianem, ewangelicki kościół dworski oraz prawosławna cerkiew św. Barbary.

Od 25 marca 2014 roku, decyzją arcybiskupa Józefa Kupnego, świątynia nosi tytuł Sanktuarium Jasnogórskiej Matki Kościoła.

W 1947 roku świątynię wpisano do rejestru zabytków.