Do 1810 kościół należał do pobliskiego klasztoru sióstr augustianek. Po urzędowej sekularyzacji dóbr zakonnych w 1810 w budynku klasztornym założono katolickie seminarium nauczycielskie. W 1852 przywrócono funkcję sakralne niszczejącej świątyni św. Anny, którą obecna parafia prawosławna czci jako dodatkową patronkę. Przez kilka lat (1919–1921) kościół służył mniejszości polskiej we Wrocławiu. W późniejszych latach został przekazany starokatolikom.
W okresie walk o Festung Breslau w 1945, kiedy dowództwo twierdzy ulokowało się w Królewskiej Bibliotece Uniwersyteckiej, księgozbiór ewakuowano – m.in. w ówczesnym kościele św. Anny umieszczono ok. pół miliona książek. 11 maja 1945 spłonął cały księgozbiór i wypaliło się wnętrze świątyni.
Po wojnie zrujnowany budynek zabezpieczono. W 1970 został przekazany Polskiemu Autokefalicznemu Kościołowi Prawosławnemu. W 1973 zaczęto odprawiać liturgię w prowizorycznej kaplicy. Po odgruzowaniu i wyremontowaniu kościoła odprawiono w 1976 pierwsze nabożeństwo prawosławne w głównej nawie kościoła. W świątyni umieszczono ikonostas, w którym znajdują się ikony sprowadzone m.in. z Warszawy i Strwiążyka.
W krypcie cerkwi znajduje się kaplica Świętych Wileńskich Męczenników – Antoniego, Jana i Eustachego (do której prowadzi oddzielne wejście), użytkowana przez parafię św.