Se construyó entre 1550 y 1567 en el terreno donado por el arzobispo Juan de los Barrios a los hermanos franciscanos, en la margen derecha del río Vicachá (posteriormente mejor conocido como río San Francisco). La construcción original tuvo una ampliación en 1611 y en 1623 se construyó el retablo mayor.

Originalmente, la iglesia solamente estaba conformada por una nave a la cual se le fueron anexando pequeñas capillas en su lado derecho. Al ser afectada gravemente la estructura durante el terremoto de 1785, estas capillas fueron integradas en una segunda nave después de los trabajos de restauración dirigidos por Domingo Esquiaqui, los cuales fueron concluidos el 25 de marzo de 1794, fecha en la cual el arzobispo Baltasar Jaime Martínez Campañón consagró el templo. Años más tarde el interior del templo fue intervenido por fray Domingo de Petrés.

La iglesia fue expropiada en 1861 por Tomás Cipriano de Mosquera, hasta 1881, durante la cual estuvo al frente de su administración el capellán fray Ramón Cáceres. La iglesia formaba un complejo con un convento adyacente que abarcaba dos manzanas de la ciudad y tuvo tres claustros de dos pisos. Los claustros, sin embargo, desaparecieron al ser construido en su lugar el edificio de la Gobernación de Cundinamarca en el actual Palacio de San Francisco en 1917, obra de Gastón Lelarge y Arturo Jaramillo.

Finalmente, en años recientes la iglesia fue desprovista de su blanco exterior y sus cubiertas fueron alteradas hasta el punto que los únicos documentos históricos del templo original que sobreviven son la fachada principal, la torre y el presbiterio. La última restauración del templo se realizó entre 1988 y 1990.

Actualmente es la iglesia más antigua que se conserva en Bogotá, se encuentra ubicada en la esquina nor occidental de la Avenida Jiménez con Carrera Séptima, diagonal a la estación de Museo del Oro del TransMilenio.