Zbudowany wówczas kościół był budowlą murowaną, jednonawową, wzniesioną na planie prostokąta, sklepioną i krytą dachówką. Główna fasada (prosta, trójosiowa i dwukondygnacjowa) z głównym wejściem znajdowała się od strony ul. św. Marka (drugie wejście prowadziło do kościoła od strony ul. św. Jana). Na dachu wznosiła się sygnaturka. Zachował się do dzisiaj fragment malowideł na ścianie dawnego prezbiterium, co wskazuje, że przynajmniej część kościoła była zdobiona polichromią. Od zachodu przylegał do kościoła klasztor i szpital prowadzony przez bonifratrów. Pomieszczenia szpitalne (w tym apteka i laboratorium) znajdowały się na parterze budynku, na piętrze cele klasztorne i biblioteka. W XVII i XVIII wieku bonifratrzy pozyskali też trzy inne przylegające do kompleksu kamienice.
W połowie XVII w. znajdowały się w kościele trzy ołtarze. W 1675 biskup krakowski Mikołaj Oborski konsekrował w kościele cztery nowe ołtarze, w tym główny – św. Urszuli. W 1798 w świątyni znajdowało się już sześć ołtarzy.
W 1812 kościół zamknięto, a bonifratrzy na mocy dekretu księcia warszawskiego Fryderyka Augusta zostali przeniesieni na Kazimierz, do dawnego kościoła trynitarzy pod wezwaniem św. Trójcy.