Les travaux de construction ont duré de 1673 à 1720. Les plans ont été dessinés par l'architecte lyonnais Martellenge.

Avant la construction, financée par les Jésuites, de très longues tractations furent nécessaires pour acheter et revendre des terrains, raser de vieilles maisons et déplacer les remparts.

Les travaux furent très longs car ils furent souvent interrompus. En effet, avec les guerres de religion, les ouvriers étaient souvent réquisitionnés pour consolider les remparts de la ville.

• 1673 Pose de la première pierre.
• 1707 Pose de la balustrade du chœur, installation des degrés de l'autel et des dalles.
• 1713 Édification du clocher. Comme la chapelle est à peu près terminée, elle est ouverte au culte.
• 1714 Les toiles du Capassin et les tapisseries (Aubusson et Flandres) sont abritées dans la chapelle, ce qui leur évite de disparaître dans l'incendie du Collège.
• 1720 Les cendres du cardinal François II de Tournon sont déposées derrière l'autel.

La façade est de style "Jésuite classique" (classicisme). Elle est réalisée en molasse, ce qui lui confère sa couleur. Elle est très élégante avec ses Colonne dorique à la base, composites au sommet.

L'intérieur, d'une longueur totale de 26 mètres, est de style Renaissance. La grande nef est flanquée de chapelles et le tout est décoré en trompe l'œil, ce qui fait que l'on confond parfois ce style avec le baroque du XVIIIe siècle. Des galeries latérales courent au dessus des chapelles.

L'acoustique est remarquable et met en valeur le son de l'orgue classique installé au XVIIIe siècle.