La construction de l'église est étroitement liée à celle des bâtiments conventuels, dans le plan desquels elle s'insère, conformément aux recommandations du Coutumier de l'ordre. Mais elle fut achevée un peu plus tardivement que ces derniers. En effet, lorsque les visitandines quittent la Croix-Rousse pour s'installer à Fourvière le 16 juin 1856 (Petite Relation, p.10-11), les travaux de l'église et de l'aile nord, à l'angle de laquelle s'inscrivent les deux sacristies, n'étaient pas achevés. D'après les sources, l'église et l'aile nord furent couvertes peu avant le 24 octobre 1857, date de la cérémonie de prise d'habit d'une soeur. L'église et le choeur des religieuses, perpendiculaire au mur sud du choeur et séparé de celui-ci par une grille qui leur permettait d'assister à l'office sans être vues des fidèles, avaient été bénis un peu plus tôt, le 26 septembre, en même temps qu'était dite la première messe (Petite Relation, p.16).

La décoration et les aménagements intérieurs ne purent être réalisés dans la foulée, faute de financements suffisants. Interrompus en 1857, les travaux ne reprirent qu'en 1864, pour s'achever au plus tard début juillet 1865 (Petite Relation, p.19-20).

Les sources sont peu prolixes sur les choix iconographiques ; aucune ne mentionne le tableau de Claude-Baptiste Tailleur, Saint Joseph et l'Enfant entre deux anges, qui surmonte le linteau de la porte de la sacristie donnant sur le choeur de l'église, à gauche du maître-autel, ni les motifs du décor peint ornant les parois et les voûtes (symboles liés aux litanies de la Vierge et à l'eucharistie). Commandé à Bossan, qui fournit des modèles pour l'ensemble du décor, le maître-autel actuel, décrit dans les Annales (1855-70, p.247-48), vint remplacer un plus ancien (rapporté de la Croix-Rousse ?), donné au couvent de Condrieu. Il est surmonté d'un ciborium monumental, lui aussi décrit dans les Annales, très proche de celui que Bossan a dessiné pour l'église de Saint-Thomas-d'Aquin à Oullins.

En 1870, les autorités militaires imposèrent aux visitandines, dont ils avaient réquisitionné le monastère, des mesures de protection des lieux. L'église fut comblée " jusqu´à la naissance des voûtes ", le sanctuaire seul restant accessible. Après la fin de la guerre et de la Commune, en 1874, deux autels latéraux sont érigés dans la nef à l'initiative de la supérieure, Mère Marie-Régis Deville, voués à saint François de Sales et au Sacré-Coeur et ornés de leurs statues (toujours en place ; AP Visitation Annecy, Annales 1870-80, p.149). A partir de 1894, l'une des deux sacristies est utilisée comme salle d'archives (Annales 1899-1923, p.408).

Si l'église fut peu touchée lors des travaux d'aménagement du couvent en logements pour les infirmières, il n'en alla pas de même dès lors que le bâtiment fut destiné à la conservation des archives des hôpitaux, à partir de 1974. Perdant toute fonction cultuelle, elle a peu à peu été dépouillée de son mobilier : démontage de la barrière de communion et de la grille de clôture du choeur des religieuses, dont la baie a été murée pour le transformer en réserve d'archives, dépose du chemin de croix au musée des Hospices civils (en réserve). Le mobilier restant a subi quelques dommages : les deux autels latéraux de la nef ont été partiellement démontés (tabernacles et fragments de parement de marbre des gradins, entreposés dans un placard de la sacristie intérieure).