Dopiero w 1725 roku, fundacja Elżbiety z Lubomirskich Sieniawskiej, ówczesnej właścicielki dóbr wilanowskich, w tym i Powsina, pozwoliła na zbudowanie okazałego murowanego kościoła. Jego projektantem był architekt doby baroku, Józef Fontana. Owa osiemnastowieczna budowla stanowi rdzeń dzisiejszej świątyni, kościół projektu Fontany był bowiem jednonawowy i o wiele krótszy niż dzisiaj.
W latach 1803–1815 proboszczem parafii i gospodarzem kościoła był ks. Jan Paweł Woronicz, późniejszy prymas Królestwa Polskiego.
W 1889 roku kościół, który z biegiem lat stał się za mały dla rozwijającej się parafii, staraniem hrabiny Aleksandry Potockiej, która wyłożyła znaczną część funduszy oraz dzięki składkom parafian, rozbudowano. Dodano nawy boczne i kruchtę oraz dwie wieże. Kolejnej przebudowy dokonano w 1921 roku z inicjatywy ks. Teofila Mierzejewskiego, ówczesnego proboszcza, według planów architekta Józefa Dziekońskiego. Kościół uzyskał wtedy swój dzisiejszy wygląd, przedłużono bowiem wówczas wszystkie trzy nawy od strony kruchty, zlikwidowano dwie dziewiętnastowieczne wieże i postawiono wolno stojącą dzwonnicę.