W 1469 r. wielki książę litewski i król Polski Kazimierz Jagiellończyk zaprosił franciszkanów do Wilna. Otrzymali oni działkę z drewnianym budynkiem poza granicami zamku dolnego, w pobliżu młyna królewskiego nad rzeką Wilią.
Tutaj mnisi szybko zbudowali drewniany kościół i klasztor, który jednak nie przetrwał długo i całkowicie spłonął w pożarze w 1475 roku. Następnie franciszkanie zaczęli budować kamienny kościół z pomocą miejscowych mieszczan i szlachty. Jednak główną pracę wykonali sami, ponieważ wśród zakonników nie było kilku, którzy mieli specjalizacje budowlane. Kamienny kościół nie został jednak ukończony do końca, ponieważ na końcowym etapie budowy główne ściany i sklepienia kościoła zawaliły się z powodu obwisłego fundamentu, przetrwało tylko prezbiterium i zakrystia. Mnisi uważali, że przyczyną zawalenia był pobliski młyn, którego kamienie młyńskie wytwarzały wibracje, ale w rzeczywistości był to błąd w projekcie i obliczeniach technicznych budowniczych podczas budowy kościoła. Aby uniknąć precedensów, wielki książę litewski Aleksander Jagiellończyk przeniósł młyn w inne miejsce.
Renowacja kościoła na wzmocnionych fundamentach rozpoczęła się w 1500 roku. Nie wiadomo dokładnie, kto był architektem, ale w budowie brał udział mistrz gdański Michał Enkinger. Mistrz gdański osobiście otrzymał list z prośbą o architekta od wielkiego księcia litewskiego Aleksandra Jagiellończyka. Niektórzy historycy uważają mistrza za autora projektu kościoła św. Franciszka i Bernardyna. Budowę kościoła ukończono w latach 1511-1513 za opata klasztoru wileńskiego Jana z Komorowa, który był autorem wielu traktatów teologicznych i kronik zakonu franciszkanów.
Kościół został ponownie poważnie uszkodzony przez pożary w latach 1560 i 1564, w wyniku których zawaliły się gotyckie sklepienia i spłonęło drewniane wnętrze. Tym razem odbudowa kościoła trwała długo i zakończyła się dopiero w latach 1579-1580. W jej trakcie nad prezbiterium wzniesiono sklepienia krzyżowe i zbudowano nowe ołtarze.
Kolejne znaczące zniszczenia kościoła św. Franciszka i Bernardyna miały miejsce w latach 1656-1659 podczas wojny Rosji z Rzeczpospolitą Obojga Narodów. Na tym etapie kolejnych prac restauratorskich, trwających w latach 1660-1676, przebudowano szczyt prezbiterium, obniżając go w stosunku do głównej bryły i nakrywając cylindrycznym sklepieniem z pokładami. Na końcach fasady zamiast gotyckich frontonów wykonano barokowe naczółki.
Sto lat później, po renowacji, w 1794 r., podczas oblężenia Wilna przez wojska rosyjskie, kościół został ponownie zniszczony przez pożar. Po usunięciu skutków pożaru odnowiono fronton fasady głównej i odbudowano szczyty wież. Pomimo licznych prac restauracyjnych i remontowych, kościół zachował swoją autentyczną, gotycką strukturę.
Kościół św. Franciszka i Bernardyna ma typową strukturę kościoła franciszkańskiego z XV - początku XVII wieku, który składa się z prostokątnej bryły o wymiarach 41,3 x 20,6 metra w podstawie, silnie wydłużonego prezbiterium o wymiarach 21,5 x 9,5 metra, zakończonego wieloboczną absydą ołtarzową. Taką kompozycję architektoniczną mają inne kościoły franciszkańskie z XV-XVI w. w Warszawie, Lwowie, Kownie, Przeworsku i Radzyminie. W narożnikach fasady głównej i południowej znajdują się trzy wieże o wielobocznym kształcie z bogatymi zdobieniami. Do fasady południowej przylegają barokowe i renesansowe kaplice.
Obecnie kościół św. Franciszka i Bernardyna jest zabytkiem architektury, który znajduje się przy ulicy Maironeu na Starym Mieście w Wilnie. Franciszka z Asyżu i Bernardynów ze Sieny, kościół św. Franciszka z Asyżu, ale najczęściej nazywany jest kościołem Bernardynów w Wilnie.