Miejsce pod przyszły kościół i klasztor wybrała Magdalena Mortęska (jedna z reformatorek zakonu benedyktynek) wraz z Anna Ostrogską (właścicielką Jarosławia). Na tym terenie istniał już średniowieczny, drewniany kościół św. Mikołaja, niegdyś farny. W 1613 roku został przekazany przez kapitułę przemyską benedyktynkom. Według zaleceń Magdaleny Mortęskiej miał być rozebrany po wybudowaniu kościoła murowanego.

W 1615 roku biskup Sieciński położył kamień węgielny pod kościół murowany, którego budowa trwała 9 lat. Kościół w założeniu jest kwadratowy, jednonawowy z kaplicami, które pełniły rolę naw ocznych. Początkowo posiadał trzy ołtarze, a w połowie XVIII wieku już piętnaście. Ponadto ołtarze znajdowały się za klauzurą, nad kaplicami i w chórze. Kościół w pierwszym okresie był z jedną wieżą, druga wybudowano do 1635 roku.

Wspaniale dzieło sztuki, czyli okazały portal 2 1622 roku znajdował się od strony zachodniej. Z chwilą wybudowania skrzydła zachodniego klasztoru, portal przeniesiono na południowa stronę kościoła. Uważany jest za jeden z najcenniejszych zabytków Jarosławia.

Dekretem cesarza Józefa II z 6 IX 1782 roku nastąpiła kasata zakonu. Kościół pozostał w rękach austriackich. W wyniku rozgrabienia i użytkowania przez Austriaków, jak i zamienienia na stajnie oraz wypalenia wnętrza przez Niemców kościół zatracił swój oryginalny wystrój.

Dopiero w 1991 r. powróciły na Wzgórze św. Mikołaja benedyktynki, przekazując trzy lata później cały kompleks archidiecezji przemyskiej. Od diecezji otrzymały wtedy w użytkowanie część zabudowań i fragment parku – wystarczające na ich potrzeby.

Obecne wyposażenie świątyni pochodzi z dawnego kościoła pojezuickiego w Przemyślu. Ołtarz główny pochodzi z końca XIX wieku, jego autorem jest Ferdynand Majerski. Ołtarz boczny Matki Bożej Ostrobramskiej w lewej kaplicy powstał w II połowie XVII wieku. Pochodzi z parafii Stara Sól, dekanat Sambor. W 1933 roku został sprzedany do kościoła Najświętszego Serca Jezusowego w Przemyślu. Po prawej stronie w bocznej kaplicy znajduje się ołtarz Chrztu Chrystusa pochodzący z kolei z Węgier.

Organy zbudowane zostały także dla kościoła pw. Najświętszego Serca Pana Jezusa w Przemyślu przez firmę Hassego ze Lwowa ok. 1935 roku, lecz zapewne z powodu trudności finansowych nie doprowadzono ich budowy do końca. Zaplanowane zastały na 40 głosów, ale uruchomiono tylko 16. Taki stan trwał do czasu przeniesienia ich na teren Opactwa. Kiedy w roku 1991 kościół Serca Jezusowego w Przemyślu Ojciec Święty Jan Paweł II przekazał na Katedrę Grekokatolikom, organy te przestały być przydatne do liturgii. W 1995 r. Kuria Metropolitalna w Przemyślu zdecydowała o przeniesieniu tego instrumentu do Jarosławia. Dodano 19 nowych głosów, tak że obecnie liczą 35. Instrument oddano do użytku w 2002 roku..

Sztukaterie na sklepieniu zostały zniszczone wskutek zawilgocenia, a następnie pożaru. Obecne wykonano na podstawie zachowanych fragmentów.

W dolnej części wieży kościelnej południowej umieszczona jest pamiątkowa tablica, poświęcona Franciszkowi Rakoczemu, który w tym Opactwie przebywał na początku XVII w.

Z kościołem wiąże się niewyjaśniona do końca zagadka historyczna grobu hetmana Karola Chodkiewicza, męża Anny Alojzy Ostrogskiej.

W pobliżu wejścia do kościoła po prawej stronie w 1994 roku odsłonięto pomnik ks. Jerzego Popiełuszki