La chiesa fu fondata nel 1549 unitamente all'attiguo monastero delle monache, per impulso di una grande benefattrice, appartenente all'aristocrazia lombarda, la contessa Ludovica Torelli della Guastalla.
Probabile autore del progetto dell'edificio fu Domenico Giunti (1505 - 1560), architetto personale del governatore di Milano Ferrante Gonzaga; trattandosi di chiesa conventuale, essa è divisa secondo l'uso del tempo in due parti: una anteriore destinata al pubblico e una posteriore per le monache.
La posa della prima pietra è del 1549.
Già nel 1551 la chiesa veniva aperta al culto, mentre la facciata fu eretta più tardi, nel 1611, su disegno di Giovanni Battista Crespi detto il Cerano.
La maestosa facciata rileva componenti chiaroscurali di potente aggetto ed è vivacemente ricca di statue, altorilievi e decorazioni scolpite in granito di Baveno. Il frontespizio triangolare con forte sporgenza, porta nel centro la statua della Madonna di Loreto in lamiera di rame.
Il fianco dell'edificio, rifatto tra il 1599 e il 1611 su progetto di Ercole Turati, risente dello stile di Galeazzo Alessi ed è scandito da semicolonne corinzie che costituiscono due ordini architettonici.
L'interno della chiesa presenta il più importante esempio di unità fra architettura e decorazione pittorica e il più spettacoloso ciclo di affreschi della seconda metà del 1500 milanese. Esso è composto di una sola navata coperta con volta a botte e con cappelle laterali, chiusa da una parete absidale piana alla quale si appoggia l'altare.
Nel 1564 il cremonese Antonio Campi eseguiva gli affreschi sulla parete del presbiterio della chiesa anteriore, rappresentanti la Conversione e il Martirio di San Paolo, in un turbinoso accavallarsi di figure di soldati romani e di cavalli.
Nel 1588 l'ultimo dei Fratelli Campi, Vincenzo, stendeva sulla volta l'affresco gigantesco e macchinoso illustrante, con meraviglioso effetto ascensionale, il Salvatore. L'aspetto più notevole è nell'insieme della costruzione illusionistica e nel disinvolto uso della prospettiva. Una finta loggia con serliane accostate si svolge lungo i due lati maggiori e ad ognuna delle aperture sporgono gruppi di figure di santi in vivaci atteggiamenti, intervallati da finte statue monocrome. Il loggiato è sormontato da una parapetto sul quale appoggiano le robuste colonne tortili che reggono la volta mediana di una fastosa e complessa sovrapposizione di elementi architettonici, di fregi, balaustre, aggetti, mensole e cornicioni.
Nel 1709, per una nuova donazione di un'altra religiosa gentildonna, Suor Paola Maria Spinola, la chiesa venne arricchita nelle cappelle laterali con balaustre barocche elegantissime di marmi e spirali in ferro battuto.
L'altare maggiore, del 1767 è di Giulio Galliori impreziosito di intarsi di pietre dure raffiguranti piccoli paesaggi.

Il Monastero attiguo fu soppresso in epoca napoleonica, nel 1808. La chiesa veniva conservata, ma il coro delle monache fu degradato a magazzino e solo nel 1932 poté essere restaurato ed adibito a sala di concerti di musica sacra.
Nel secondo dopo guerra tale ambiente fu sottratto agli usi conformi e fu adibito ad aula di registrazione di una nota casa discografica.

Il 21 Dicembre 1995 con decreto arcivescovile del Cardinal Martini, il monumento è stato adibito ad uso profano e succesivamente dato in gestione alla Fondazione Metropolitan che lo ha trasformato in spazio polifunzionale per eventi culturali e altre manifestazioni.