Jest to pierwsza budowla barokowa w Krakowie. Ufundował ją dla zakonu jezuitów król Zygmunt III Waza. Budowę rozpoczęto w 1597 roku. Pierwotny projekt opracował prawdopodobnie w Rzymie naczelny architekt zakonu Giovanni de Rossis. Ostateczny kształt nadał świątyni w latach 1605-1619 Giovanni Trevano – to on jest autorem fasady, kopuły i wystroju wnętrza. Konsekracja kościoła nastąpiła w 1635 roku. Dwukondygnacyjna fasada z dolomitu wzrowana jest na fasadzie rzymskiego kościoła Santa Susana, która z kolei nawiązuje do fasady głównego kościoła jezuickiego Il Gesu w Rzymie. Fasadę zdobią figury świętych królów: św. Zygmunta i św. Władysława, patronów dynastii Wazów, godło jezuitów oraz herb Zygmuna III Wazy przyozdobiony orderem Złotego Runa. Stiukowa dekoracja wnętrza kościoła, głównie na sklepieniach, jest autorstwa Giovanniego Battisty Falconiego. Późnobarokowy ołtarz główny z roku 1735 z obrazem Józefa Brodowskiego „Wręczenie kluczy św. Piotrowi” zaprojektowany został przez Kacpra Bażankę. We wnętrzu wyróżnia się nagrobek biskupa Andrzeja Trzebickiego z końca XVII wieku, a także nagrobki rodzin Branickich i Brzechffów. W krypcie pod nawą główną pochowany jest wybitny kaznodzieja Piotr Skarga (zm. 1612), autor słynnych „Kazań sejmowych”. Zamknięcie placu przedkościelnego od strony ul. Grodzkiej zaprojektował Kacper Bażanka, a stojące na wysokich postumentach rzeźby Dwunastu Apostołów wykonał w 1722 roku z wapienia pińczowskiego Dawid Heel. Oryginalne rzeźby, nadwyrężone przez oddziaływania atmosferyczne, zostały zastąpione XX-wiecznymi kopiami dłuta Kazimierza Jęczmyka. Po kasacie zakonu jezuitów kościół pełnił m.in. funkcję austriackiego kościoła garnizonowego (1796-1809), cerkwi prawosławnej (1809-1815), a od 1824 roku do dziś służy rzymsko-katolickiej Parafii Wszystkich Świętych, przeniesionej tu – wraz z częścią wyposażenia – z wyburzonej wówczas kolegiaty pod tym wezwaniem na Placu Wszystkich Świętych.
Prace konserwatorskie w kościele rozpoczęły się już w latach 70., jednak zostały znacznie przyspieszone dzięki koncentracji na tym zadaniu środków SKOZK na początku lat 90., kiedy to wykonano remont dachu i kopuły nad świątynią. Następnie przeprowadzono konserwację ceglanych elewacji bocznych, a w 1994 roku ukończono konserwację pokrytej wcześniej grubą warstwą zanieczyszczeń fasady. W kolejnych latach przystąpiono dzięki funduszom SKOZK do kompleksowej renowacji wnętrza: ukończono konserwację prezbiterium z późnobarokowym ołtarzem głównym; w transepcie przeprowadzono konserwację nagrobków Brzechffów i Branickich, zaś w korpusie – bogato zdobionej ambony. Przeprowadzono też konserwację wszystkich kaplic oraz chóru muzycznego. Dzięki środkom SKOZK poddano konserwacji barokowe ławki, pochodzące z początkowego okresu istnienia świątyni (2008), a także odnowiono zakrystię i przylegające do niej pomieszczenia (2009–2011). Od 2011 roku SKOZK wspiera adaptację krypt świątyni na potrzeby Panteonu Narodowego. Zaangażowanie środków Narodowego Funduszu Rewaloryzacji Zabytków Krakowa pozwoliło przygotować miejsce wiecznego spoczynku dla prochów Sławomira Mrożka (2013). Dzieki środkom SKOZK w 2014 roku m.in. usunięto stan awaryjny latarni kopuły kościoła.
Łącznie SKOZK przeznaczył w latach 1995-2014 na prace w kościele 14 091 931 zł.