В часах давньоруського Львова тут існувала дерев’яна церква, при якій поселилися ченці. В 1463 р. монастир обновив львівський міщанин Степан Дропан. Майже через століття, близько 1550 р., як доводять історики, князь Костянтин Острозький на місці дерев’яної збудував муровану церкву, що стала ядром сучасної споруди.
Спочатку храм складався з двох частин, які до XVIII ст. не були з’єднані між собою: основної - так званої “великої церкви” і Троїцької каплиці з південної сторони - “малої церкви”. Найґрунтовнішу реставрацію здійснено в 1680 р. після турецької облоги 1672 р. У 1701 р. стараннями Анни Красовської, дружини діяльного члена Ставропігійського братсва Миколи Красовського, розширено Троїцьку каплицю. Під час реконструкції 1776 р., проведеної архітектором Францом Кульчицьким, між “великою церквою” і каплицею пробито стіну і з’єднано ці дві споруди в одну. В 1821-1824 р. р. під керівництвом архітектора Франца Трешера розширенона чотири сажні у східному напрямі вівтарну частину, добудовано захристію і притвор. Нарешті в 1902 р. за проектом архітектора Едгара Ковача будівничий Іван Левинський спорудив північну наву, повторивши форму південної каплиці, церква стала тринавною. Бокові нави завершені банями з ліхтарями.
В інтер’єрі зберігся різьблений іконостас початку XX ст.. Ікони до нього написав Модест Сосенко в 1902-1908 р. р. Дерев’яний амвон створено в 1777 р. сницарем Лазарем Паславським.
Монастир біля церкви існував, яко мурована споруда, вже в XVI ст. В 1683 р. його відбудували і розширили; сучасний вигляд отримав після реконструкції 1815 р. В 1820 р. надбудовано дзвінницю, нижній ярус якої служить входом на церковне подвір’я.
Оборонну стіну з бійницями, що оточувала монастирську територію, зведено в 1693-1698 р. р. Частково цей мур зберігся і дотепер. При монастирі існував шпиталь, себто притулок для убогих, а з 1633 р. при церкві постало братство.
З Онуфріїмським монастирем зв’язано ім’я першодрукаря Івана Федорова. В одній з монастирський келій до 1616 р. містилася друкарня. Тут, на церковному цвинтарі, у 1583 р. і поховано Федорова. Його надгробна плита тривалий час зберігалася в церкві.
Більше