Os frades Franciscanos estabeleceram-se no Porto no início do século XIII, tendo-lhes sido atribuído em 1233 um terreno para a construção da sua Igreja. Querelas com o bispo do Porto a respeito dos limites do couto e resistência das autoridades religiosas instaladas fizeram com que durante o século XIV as obras fossem sendo sucessivamente adiadas. A divergência obrigou à intervenção em 1244 do Papa Inocêncio V, que através da Bulla Doelentis accepimus confirma a posse do terreno à ordem Franciscana. Iniciou-se então a edificação das fundações do convento anexo e de uma igreja primitiva, mais modesta e de nave única.

Em 1383 iniciam-se as obras da igreja actual, impulsionadas por decreto de D. Fernando, especial protector dos Franciscanos. A construção foi concluída em 1410. A nova igreja representou uma ampliação significativa do espaço anterior, agora com três naves em cinco tramos, transepto saliente e cabeceira tripartida cintada por contrafortes.

O modelo planimétrico adoptado é similar ao já ensaiado em inúmeros templos portugueses a partir do Gótico mendicante do século XII. Uma característica regional importante é a presença de motivos lacrimais decorados com esferas na parte superior da capela-mor, de influência galega.[1] A estrutura da igreja não sofreu alterações significativas, sendo o melhor exemplo de arquitectura gótica no Porto.

Durante o reinado de D. João I foi realizada uma pintura mural referente à Senhora da Rosa, atribuída a António Florentim, uma das mais antigas pinturas murais intactas no país.

Durante os séculos XV e XVI várias famílias proeminentes do Porto tornam-se patronos dos Franciscanos, financiando várias das capelas laterais. Um dos exemplos notáveis é a capela de São João Baptista, construída na década de 1530 para a família Carneiro, e desenhada por João de Castilho com motivos manuelinos.

A principal campanha artística foi levada a cabo na primeira metade do século XVIII, quando a maior parte das superfícies interiores, incluindo paredes, colunas, capelas laterais e telhado, foram revestidas com talha dourada barroca.

Em 1833, as instalações conventuais anexas à igreja são destruídas por um incêndio. O fogo teve origem num tiroteio das tropas Miguelistas no final do cerco do Porto. Após o incêndio, o claustro em ruínas foi arrasado para a construção da Bolsa Comercial do Porto, um exemplo notável da arquitectura neoclássica do século XIX. Com a extinção das ordens religiosas em 1834, a Igreja serviu de armazém da Alfândega até 1839.

Em 1910 é classificada como Monumento Nacional.