Kostel byl vystavěn v letech 1611-1613 německými luterány a původně zasvěcen Nejsvětější Trojici. Jednolodní sálová stavba tehdy měla své průčelí otočené západním směrem, ke svahu Petřína. Zhruba dva roky po bitvě na Bílé hoře byli němečtí luteráni z Prahy vypovězeni a tak koncem října 1622 zůstal kostel uzavřen.
V září 1624 ho císař Ferdinand II. daroval bosým karmelitánům. Noví majitelé kostel zasvětili Panně Marii Vítězné, podnikli přestavbu a ke svatostánku připojili budovu kláštera. Dnešní průčelí je z let 1636-1644. Raně barokní kostel při dnešní Karmelitské ulici má tak hlavní oltář na západní straně. Věž na jižní straně presbytáře byla vystavěna v celé výši v roce 1699.
Kostel je též znám pod názvem U Jezulátka. Hraběnka Polyxena z Lobkovic totiž darovala v roce 1628 kostelu 45 cm vysokou sošku Jezulátka. Ta byla v průběhu dalších staletí zbožně uctívána a karmelitáni jí umístili na skvostný střední oltář na severní straně kostelní lodi. Pražské Jezulátko je uctíváno po celém světě, především ve Španělsku, v latinskoamerických zemích, Japonsku, ale i jinde.
V roce 1784 karmelitánský klášter císař Josef II. zrušil. Kostel Panny Marie Vítězné se poté stal farním. Původně měl mít dvě věže symetricky umístěné po obou stranách západního závěru. Severní zůstala nedostavěna a nepřesáhla hmotu kostela. V současnosti je zde umístěno muzeum Pražského Jezulátka. Jižní věž vysoká 57 m má nad úrovní kostela dvě patra, je zdobena rámováním, okna jsou kryta okenicemi. Je zastřešena osmibokou cibulovitou bání, krytinu tvoří měděný plech. Do úrovně třetího patra vede vřetenové schodiště, v dalších dvou patrech jsou už jen příkré dřevěné schody.
