Bernardynów sprowadziła do Warszawy w 1454 r. księżna Anna Fiodorówna (wdowa po księciu mazowieckim Bolesławie III). Dzięki jej fundacji niezwłocznie przystąpiono do budowy świątyni i klasztoru, do którego już w grudniu tego samego roku wprowadzono zakonników.
Na początku XVI w., podczas dwóch z wielu wówczas wzniecanych pożarów w Warszawie, kościół i klasztor uległy spaleniu. Odbudowano je w 1518 i 1533 r. dzięki fundacji księżnej Anny, tym razem Radziwiłłówny (matki ostatnich książąt mazowieckich). Kolejna Anna - królowa Jagiellonka ufundowała w 1578 r. dzwonnicę.
Od 1586 r. kościół stał się siedzibą Arcybractwa św. Anny. Świątynia była świadkiem ważnych wydarzeń, np. hołdów lennych składanych królom Polski: Stefanowi Batoremu i Zygmuntowi III Wazie, jako suwerenom Prus. W czasie potopu szwedzkiego klasztor był fortecą dla wojsk króla Gustawa, w 1656 r. odbiły ją wojska hetmana Stefana Czarnieckiego. W następnym roku bernardyni, podobnie jak cała Warszawa, byli oblegani przez sprzymierzone ze Szwecją wojska Rakoczego, które zdewastowały zabudowania klasztorne. Odbudowano je według projektu G. Gisleniniego i T. Burattiniego.
Za panowania króla Stanisława Augusta, przy wsparciu finansowym mieszczanina Józefa Kwiecińskiego, kościół otrzymał nową fasadę zbudowaną według projektu Ch. P. Aignera. Po rozbiorach Prusacy przebudowali klasztor na odwach (siedzibę wojskowej komendy miasta) oraz więzienie. Po upadku powstania 1863 r. zakon, w ramach represji carskich, uległ kasacie, a kościół oddano w zarząd diecezji.
W czasie okupacji niemieckiej świątynia słynęła z urządzanych tu grobów wielkanocnych o patriotycznej tematyce. W latach 1939-1944 kościół częściowo spalono, zniszczono dach, ocalały mury i dzwonnica. Odbudowę utrudniło naruszenie w trakcie budowy Trasy W-Z stabilności skarpy, w wyniku czego pękła ściana świątyni. Budowlę uratowano wzmacniając skarpę metodą prof. R. Cebertowicza.
Od 1928 r. kościół św. Anny jest świątynią rektorską i ośrodkiem Duszpasterstwa Akademickiego. Każdego roku na początku sierpnia wyrusza stąd Akademicka Pielgrzymka Metropolitalna na Jasną Górę. Tutaj Ojciec Święty Jan Paweł II spotkał się z młodzieżą w czasie pierwszej swojej pielgrzymki do Ojczyzny, tutaj też młodzież czuwała na modlitwie po Jego śmierci.
Kościół i budynki poklasztorne z wirydarzem (ogrodem na wewnętrznym dziedzińcu) i krużgankami na kolumnach obiegającymi budynki od strony wewnętrznego dziedzińca, wielokrotnie przebudowywane z zachowanymi elementami różnorodnej stylistyki architektonicznej. Najstarsze partie późnogotyckie to prezbiterium zamknięte wielobocznie absydą, zakrystia, fragment wieży od strony północno-zachodniej i portal (obramienie wejścia) świątyni w północnej elewacji.
Zasadnicza część jednonawowej bryły kościoła utrzymana jest w stylu barokowym. Przysłania ją od strony Krakowskiego Przedmieścia monumentalna, klasycystyczna fasada (według projektu Christiana Piotra Aignera): trójkondygnacyjna, pięcioosiowa, podzielona półkolumnami z głowicami w porządku korynckim (dekoracja w formie kosza z liści akantu) i skrajnymi pilastrami (filarami przyściennymi), zwieńczona trójkątnym naczółkiem z tympanonem, w którym widnieją inicjały S.A. (Stanislaus Augustus lub Santa Anna) wpisane w okrąg. We wnękach utworzonych z zamurowanych otworów okiennych, pozostałych z barokowej fasady, posągi czterech ewangelistów: św. Łukasz, św. Jan (z twarzą króla Poniatowskiego), św. Mateusz, św. Marek - będące darem króla Stanisława Augusta Poniatowskiego oraz nad nimi w otworach mezzanina (półpiętra dawnej kruchty) alegorie: Sprawiedliwość i Pokój, Obfitość, Opieka, Ofiarowanie. Nad wejściem tablica fundacyjna wymieniająca fundatorów fasady: króla Stanisława Augusta oraz Józefa Kwiecińskiego i wizerunek orła z rozpostartymi skrzydłami w wieńcu laurowym. Z lewej strony tablica upamiętniająca bł. Władysława z Gielniowa jako pierwszego znanego z imienia twórcę pieśni religijnych, z prawej tablica upamiętniająca spotkanie Ojca Świętego Jana Pawła II z młodzieżą w kościele podczas pierwszej pielgrzymki do Ojczyzny w 1979 r. Przedłużeniem fasady są boniowane (obłożone ciosami o profilowanych krawędziach), arkadowe podcienia i półkolumnowe arkady elewacji dawnego klasztoru. Do wnętrza świątyni prowadzi poziomo usytuowana prostokątna kruchta (przedsionek).
W prezbiterium zamkniętym absydą (półkolista tylna część świątyni) ołtarz główny (pocz. XVIII w.) oraz wzdłuż bocznych ścian trzy pary ołtarzy bocznych (pocz. XVIII w.), od prezbiterium: ołtarz NMP i św. Józefa, dalej - św. Franciszka z Asyżu i św. Antoniego Padewskiego, bliżej kruchty - św. Stanisława biskupa i św. Wojciecha.
Po lewej stronie dwie kaplice dobudowane od strony północnej: bł. Władysława z Gielniowa (barokowa), za nią Matki Bożej Loretańskiej (klasycystyczna). W zakrystii i korytarzu w byłym budynku klasztornym częściowo zachowane gotyckie stropy kryształowe w formie przenikających się elementów sklepiennych.
1453 r. - Przybycie bernardynów do Polski.
1454 r. - Budowa na przedmieściu Warszawy kościoła św. Bernardyna ze Sieny.
4 grudnia 1454 r. - Uroczyste wprowadzenie bernardynów do klasztoru przez bp. Jędrzeja z Bnina.
1467 r. - Powstanie pierwszej prowincji zakonu bernardynów w Polsce, pierwszym prowincjałem był o. Marian z Jeziorka, drugim bł. Władysław z Gielniowa.
1462-1505 - Służba zakonna bł. Władysława z Gielniowa.
1507 r. - Pożar ceglano-drewnianego budynku klasztornego bernardynów i budowa nowego klasztoru.
30-31 maja 1515 r. - Wielki pożar starej Warszawie, spłonęło m.in. przedmieście z klasztorem i kościołem św. Bernardyna.
1515-1533 - Budowa nowej świątyni bernardynów.
1518 r. - Nowa świątynia otrzymała podwójne wezwanie: św. Bernardyna i św. Anny.
1533 r. - Zakończenie odbudowy klasztoru z kościołem.
20 lutego 1578 r. - Pruski margrabia Jerzy Fryderyk von Ansbach złożył hołd lenny królowi Polski Stefanowi Batoremu przed kościołem św. Anny.
1578 r. - Królowa Anna Jagiellonka ufundowała dzwonnicę ze słynnymi w całej Koronie dzwonami.
22 października 1586 r. - Sykstus V wydał bullę papieską wprowadzającą do kościoła Arcybractwo św. Anny.
16 listopada 1611 r. - Margrabia brandenburski, elektor Jan Zygmunt Hohenzollern (regent księstwa pruskiego) złożył hołd lenny królowi Polski Zygmuntowi III Wazie przed kościołem św. Anny.
1630 r. - Rozpoczęcie procesu beatyfikacyjnego Władysława z Gielniowa.
1655-1660 - Wojska szwedzkie w Warszawie (potop szwedzki).
1656 r. - Zdobycie klasztoru i kościoła bernardyńskiego z rąk szwedzkich przez polskie wojska hetmana Stefana Czarnieckiego.
1657 r. - Zniszczenie kościoła i klasztoru w czasie walk wojsk polskich z oblegającymi Warszawę, sprzymierzonymi ze Szwecją, wojskami Jerzego Rakoczego.
1658-1667 - Odbudowa kościoła św. Anny i klasztoru.
1750 r. - Beatyfikacja Władysława z Gielniowa.
1753 r. - Uroczyste obchody 300-lecia bernardynów w Polsce i beatyfikacji Władysława z Gielniowa.
1864 r. - Kasata zakonu bernardynów w Warszawie w ramach represji za sprzyjanie powstaniu styczniowemu. Kościół św. Anny stał się świątynią rektorską.
1928 r. - Kościół stał się ośrodkiem Duszpasterstwa Akademickiego.
1939-1945 r. - Dwukrotne spalenie części kościoła podczas wojny.
1946-1962 - Renowacja kościoła.
2 czerwca 1979 r. - Spotkanie Jana Pawła II z młodzieżą w kościele św. Anny podczas pierwszej pielgrzymki Ojca Świętego do Ojczyzny.
2 kwietnia 2005 r. - W Watykanie umarł Jan Paweł II; modlitewne czuwanie młodzieży w kościele św. Anny.