Kościół powstał na rzucie wydłużonego prostokąta z półkolista absydą od strony wschodniej i półeliptyczną kruchtą od strony zachodniej. Świątynia nosi cechy baroku i należy do najpiękniejszych obiektów sakralnych w Kalwarii. W 7 września 1642 roku, konsekrował kościół bp Tomasz Oborski.
W latach 1754–1757, 1759-1763, gdy przełożonym w Kalwarii był o. Jan Kapistran Połaniecki, odrestaurowano kaplicę Grobu Matki Bożej, nad którą, w górnym kościele, postawiono nowy ołtarz. W latach 1793–1816, 1819-1822, gdy gwardianem był o. Gaudenty Tynel, położono w nawie posadzkę marmurową i wykonano marmurowe schody do kościoła górnego oraz sprawiono nowe organy. Przed fasadą kościoła ustawiono na kamiennych cokołach posągi dwunastu Apostołów. Między cokołami, w miejsce dawnego muru, wprawiono żelazne sztachety. Resztę muru okalającego kościół zostawiono.
O. Stefan Podworski, rezydent przy kościele Grobu Matki Bożej, przed zbliżającym się jubileuszem trzystulecia tego kościoła, w roku 1909 przeprowadził jego gruntowy remont. Usunięto mur okalający kościół, który zastąpiono ogrodzeniem z metalowych sztachet.