Aunque comienza a construirse en la tercera década del siglo XVIII, la obra fue interrumpida y demolida. La edificación actual empieza a levantarse nuevamente a iniciativas del Padre Valencia y fue concluida en 1825.
En edificios aledaños se instalaron el Hospital de Mujeres y el Convento de las Ursulinas (1829), donde hoy radica la Oficina del Historiador de la Ciudad de Camagüey (OHCC). En el hospital existía un departamento para mujeres dementes.
El templo está situado en la Plaza del Carmen, plaza colonial del siglo XVIII. Es el único templo camagüeyano con torres gemelas, ubicadas en los extremos de la fachada principal.