Kościół zbudowano w latach 1582-1602 na miejscu wcześniejszej drewnianej kaplicy i szpitala pw. św. Ducha z 1448 r. Ulokowany na północ od obszaru miasta, na Przedmieściu Gdańskim, ok. 300 m od Starego Rynku.
W 1614 r. Zofia z Potulickich Czarnkowska (wojewodzina kaliska), Andrzej Rozdrażewski i Kasper Zebrzydowski (kasztelan kaliski) podejmują starania o założenie w Bydgoszczy klasztoru klarysek, które w 1615 r. zatwierdza papież Paweł V, ustanawiając jako pierwszą przełożoną Zofię Annę z Rodrażewskich Smuszewską. W tymże roku od północy kościoła rozpoczęto dobudowę klasztoru, ukończoną w 1618 r. Kościół był w posiadaniu klarysek do kasaty klasztoru w 1835 r. Następnie został przyjęty przez miasto, gdzie w 1837 r. urządzono magazyn, a w latach 1875-1911 remizę strażacką. Chór natomiast wykorzystywało istniejące w latach 1880-1902 Historische Gesellschaft für den Netzedistrikt (Towarzystwo Historyczne Obwodu Nadnoteckiego). W czasie pełnienia tych funkcji przebudowano wnętrze.
Funkcje sakralne przywrócono ponownie w 1920 r., po czym przeprowadzono prace rekonstrukcyjne wnętrza (prowadzone również po 1950 r.).
Jest to niewielkich rozmiarów kościół gotycki z elementami renesansowymi. Narożną wieżę cylindryczną zwieńczoną barokowym hełmem z latarnią dodano po 1640 r. (obecny zrekonstruowany po 1960 r.). W tym czasie z fundacji burmistrza bydgoskiego, Wojciecha Łochowskiego od strony południowej do prezbiterium dobudowano też kaplicę zwieńczoną attyką przeznaczoną na krypty grobowe dla zakonnic.
Wewnątrz m.in. ołtarz główny manierystyczny z 1636 r. z obrazem Wniebowzięcia Najświętszej Marii Panny autorstwa toruńskiego artysty Jerzego Hoppena z 1955 r. W prezbiterium witraże z 1957 r. autorstwa Edwarda Kwiatkowskiego z Torunia.
Prezbiterium od nawy głównej oddziela kuta dwuskrzydłowa krata z 1651 r. o bogatym ornamencie, fundowana przez ksienię Annę Apolinarę Rozdrażewską. Jej fundacji jest również marmurowa płyta nagrobna pierwszej przełożonej konwentu klarysek bydgoskich Zofii Anny z Rodrażewa Smuszewskiej (zm. 1625 r.).
Od północy do kościoła przylegają budynki klasztorne. Są one gruntownie przekształcone w wyniku przebudowy na szpital po 1834 r., który funkcjonował tu do 1937 r. W czasie przebudowny na przełomie XIX i XX w. rozbudowano fasadę w stylu neorenesansowym z m.in. dwukolumnowym portalem. Od 1945 r. mieści siedzibę Muzeum Okręgowego im. leona Wyczółkowskiego (administracja i biura).
Za