La chiesa è parte integrante del convento che nasce nel 1436 per volontà del cardinale Giordano Orsini.
 
Il cardinale nel 1436 donò agli agostiniani una casa posta in prossimità delle mura medievali perché potessero trasferirsi a Bracciano da San Liberato. In quegli anni iniziò la costruzione della prima chiesa, consacrata per la prima volta nel 1580. Rimane a testimonianza del convento originario il pozzo visibile nel chiostro, costruito alla metà del Cinquecento. Nei primi anni del 1600 venne completato il campanile.

Il convento crebbe per annessioni successive (nuove costruzioni, soprelevazioni di edifici esistenti, acquisti di case e botteghe sulla piazza) fino ad assumere la dimensione attuale nella prima metà del Settecento. La chiesa subì un primo ampliamento nel 1628/30 su progetto dell'architetto Orazio Turriani, che fece allungare il corpo longitudinale ricavando due nuove cappelle e ridisegnò la facciata. Con un secondo ampliamento nel 1660 fu allungato il coro fino a comprendervi il campanile: la comunità conventuale era infatti cresciuta di numero ed il coro era divenuto insufficiente.
La chiesa venne sostanzialmente ristrutturata a partire dal 1765 su progetto di Nicola Faggioli, architetto dell'Ordine agostiniano. I lavori durarono diversi anni: il risultato, che possiamo ammirare ancora oggi, fu un organismo edilizio completamente diverso dal precedente. Fu tuttavia conservato l'altare preesistente, costruito tra il 1692 ed il 1696 su progetto dell'arch. Rainaldi, con il bellissimo paliotto intarsiato e con le statue di S. Agostino e di S. Monica, scolpite da Giovanni Francesco Torriani.

Furono dipinte nuove pale d'altare: l'affresco nell'abside, raffigurante l'Assunzione di Maria, è di Taddeo Kuntze, un pittore polacco molto vicino all'Ordine agostiniano; tre delle tele poste nelle cappelle minori sono di Giuseppe Tori, suo allievo e frate agostiniano. La tela raffigurate l'elemosina di S. Tommaso di Villanova oggi conservata al museo era esposta nella seconda metà del Seicento in una cappella dedicata al santo; in occasione dei lavori fu rimossa e spostata in sagrestia. L'inaugurazione della nuova chiesa, non ancora consacrata, avvenne nel 1797.

Nel 1873, a seguito della soppressione degli ordini religiosi voluta dallo Stato, il convento passò di proprietà al Comune, che lasciò la chiesa aperta al culto e destinò l'edificio conventuale ad usi pubblici.

Nel corso dei restauri dell'antico convento sono venute alla luce, sotto la tinteggiatura di una stanza del secondo piano, tracce di decorazioni risalenti al XIX secolo. Il restauro dei dipinti, diretto da tecnici comunali, è in corso di esecuzione da parte di restauratori specializzati che, con bisturi ed attrezzi opportuni, hanno attualmente rimosso lo strato di tinteggiatura sotto al quale è riemersa quasi del tutto integra l'antica decorazione della stanza.

La Soprintendenza per i Beni Storici, Artistici ed Etnoantropologici del Lazio, che ha autorizzato i lavori, ha rivolto al sindaco il suo apprezzamento "per l'azione di costante attività di tutela e valorizzazione dei beni culturali presenti nel comune di Bracciano, di cui il Comune si è sempre dimostrato paladino indefesso".

Il restauro della stanza dipinta è stato generosamente finanziato dalla società Bracciano Ambiente S.p.A.