В конце XIX века петербургские католики французского происхождения объединились в свою собственную общину. У них не было своего храма, и, как правило, они собирались в Базилике Святой Екатерины на Невском проспекте.

Усилия французской католической общины были поддержаны Могилевским митрополитом Симоном Козловским и послом Франции в Российской империи маркизом де Монтобелло, который обратился к императору Николаю II с просьбой о разрешении на строительство храма, который община намеревалась возвести на собственные средства. Так был приобретен участок в Ковенском переулке, а талантливый архитектор Леонтий Бенуа приступил к работе.

Поскольку ресурсов было недостаточно, Бенуа и его помощник М. Перетяткович упростили проект. Фирма «Батиньоль», завершившая строительство Троицкого моста, щедро пожертвовала остатки гранита, а завод «Железобетон» предоставил цемент. В результате, с 1903 по 1909 гг., была возведена Римско-католическая церковь Лурдской Божией Матери, внешне напоминающая средневековый замок.

Главной святыней часовни являлась небольшая статуя Девы Марии, привезенная из Лурда. Культ Девы Марии Лурдской, основанием которому стали провозглашение в 1854 г. догмата о Непорочном Зачатии Богородицы и явления Божией Матери в Лурде в 1858 г., был к тому времени уже широко распространен во всей Католической Церкви.

В советский период храм в Ковенском переулке не был закрыт. В годы Великой отечественной войны и блокады храму удалось избежать серьезных разрушений.

С храмом в Ковенском переулке связан целый ряд важных событий, как из истории католической общины Петербурга, так и всей католической Церкви в России. Долгие годы именно он был единственным в городе и одним из двух на территории России действующим католическим храмом. Именно здесь 1 сентября 1926 года епископом Мишелем де Эрбиньи был тайно хиротонирован о. Антоний Малецкий, Апостольский Администратор Ленинграда в трудные годы революционного преобразования российского общества.

В постсоветский период настоятели именно этого храма чаще всего возглавляли структурные региональные подразделения католической Церкви на Северо-Западе. Начиная с 1990-х гг. в храме неоднократно проходили церемонии рукоположения в диаконы и в пресвитеры католической Церкви, а также церемонии возобновления обетов членами монашеских орденов и конгрегаций.

Сегодня церковь действующая, а вечерами здесь проводят органные концерты классической музыки.