Власник міста - великий коронний гетьман Юзеф Потоцький 28 травня 1743 року урочисто заклав наріжний камінь майбутнього кам'яного вірменського костелу із різьбленим надписом: «Троєкратно Благословенній Найсвятішій Богородиці камінь, місто й душу разом під дівичі ступні».
Проте грошей не вистачало і стіни почали зводити лише за п'ять років. З метою прискорення будівництва Юзеф Потоцький видав універсал, згідно з яким єврейська громада мала щороку сплачувати 1000 злотих на будову вірменської церкви, до повного її завершення. Відтак, 15 років євреї фінансували зведення головного храму своїх запеклих конкурентів у гандльових справах. Вірмени не дуже квапилися із завершенням будівельних робіт, освячення церкви відбулося 22 серпня 1763 року.
На церемонії освячення був присутній львівський вірменський архієпископ Яків Стефан Августинович, який нарік новобудову костелом Непорочного Зачаття Найсвятішої Діви Марії. Розписи виконав відомий польський художник Ян Солецький. Вівтарі були прикрашені чудовими фігурами святих роботи скульптора Матвія Полейовського. Проте, навіть після побудови відчувався брак коштів — церква стояла без зовнішньої штукатурки аж до 1800 року.
Кінець XVIII — початок XIX ст. був часом важких випробувань для вірменської громади міста. Її кількість і раніше не перевищувала 500 осіб, а після масової еміграції вірмен до Угорщини, вірмен залишилось зовсім мало. Через брак прихожан вірменська церква швидко прийшла у незадовільний стан і протягом 1811—26 років стояла зачиненою. Справи пішли краще за пароха Антонія Борковського, який відновив богослужіння і провів часткову реставрацію (1829). Вартим згадати є той факт, що у 1803 році вірменське братство святого Григорія поклало у львівський банк 69 808 злотих. Щорічні відсотки становили 175 злотих, і цієї суми цілком вистачало на платню пароху.
Під час знаної «Мармулядової пожежі» (1868) Вірменський костел згорів. На його реставрацію скинулися багато мешканців Станиславова різних віросповідань і національностей. У 1870 році реставрацію було завершено, але споруда при цьому дещо змінила свій зовнішній вигляд. Дві бокові вежі стали значно нижчими, пропала сигнатурка, змінилася форма куполів — шоломи барочного силуету були замінені дзвіноподібними куполами; іншим за конфігурацією став також фронтон, зникла невелика башта, що вінчали дах.
Вірменська церква у ХХ столітті і в наш час
Під час Першої світової війни на церковному городі отаборилась артилерійська батарея росіян. Німці засікли, звідки ведеться вогонь, і накрили цей район вогнем своїх гармат. В результаті був пошкоджений фасад храму, а стеля пробита у багатьох місцях.
Після І-ї світової війни парох Францішек Комусевич домігся, щоб уряд визнав костьол пам'яткою історії та архітектури, й зумів вибити кошти на реставрацію. Під час відновлювальних робіт дах покрили оцинкованою бляхою, а куполи — мідною. Також провели реставрацію фресок і вівтарних скульптур. Мармурові та алебастрові фігури виготовили у майстерні Мар'яна Антоняка, який був добре відомим скульптором надмогильних пам'ятників. А технічним керівником реставраційних робіт був «батько» Станиславівської ратуші — архітектор Станіслав Треля. Загалом ці відновлювальні роботи тривали протягом 1919-30 років.
30 травня 1937 року відбулась коронація Чудотворного образу Божої Матері. На церемонії був присутній примас Польщі кардинал Гльонд та 17 єпископів, які представляли римо‑католицьку, греко‑католицьку та вірменську церкви.
У травні 1946 року багато поляків і полонізованих вірмен залишили Україну. Із собою до Польщі вони забрали і Чудотворний образ, який зараз знаходиться у гданському костелі св. Петра і Павла. А «осиротіле» приміщення костелу віддали російській православній церкві, яка там протрималась до кінця 1940‑х років. Після того там розмістилися майстерні художників. Саме тут було виготовлено статую Матері-Вітчизни для братського кладовища радянських воїнів на вулиці Лепкого.
Упродовж 1962—1965 років у приміщенні костьолу жив відомий художник Опанас Заливаха.
Від 1971 року з'являється новий «господар» храму — музей релігії і атеїзму, задля чого пам'ятку було частково відремонтовано й пристосовано під потреби музейного закладу. В його експозиції було багато цікавих експонатів, та особливо розкішним був «підвал інквізиції», що, напевно, ніяк не поступався Музеєві катувань у Кам'янці-Подільському.
Тоді ж, трохи згодом майданчик перед церквою-музеєм «прикрасила» ракета, яка, за тогочасним путівником, «символізувала одвічне прагнення людства до знань, до світла, до щастя». У місті снували навіть чутки, що то був справжній ракетний модуль, на якому раніше тренувалися космонавти, хоча в дійсності це був звичайний макет, виготовлений на локомотиворемонтному заводі. Що радянська влада вдійсності збиралася «символізувати» цим макетом невідомо, але ракета була досить відомим місцем у місті через заклад продажу розливного пива, який з року в рік проводив жваву торгівлю біля ракети. З поверненням будівлі статусу культової споруди (1990) ракету відвезли на задвірки одного з промислових підприємств, де вона перетворилася на брухт просто неба.
У 1990 р. приміщення передали Російській Православній церкві, та вже 1990 р. її настоятель о. Степан Абрамчук перейшов до Української Автокефальної Православної Церкви. Тоді ж церква отримала офіційну назву Покровського собору УАПЦ. Нові господарі перефарбували храм у голубий колір — геральдичний колір Божої Матері.
У 2008 р. спалахнув скандал, пов'язаний із Вірменською церквою. Тоді в церкві йшла реставрація, і у ЗМІ з'явилась інформація про те, що майстри замальовують фрески Яна Солецького.
На сьогодні (2010) реставрацію Вірменської церкви закінчено. Кожен може зайти до храму і порівняти збережені старі розписи із відреставрованими.