La chiesa sorse ai margini dei due nuclei medioevali di san Lorenzo e santa Lucia. Insieme al convento dei cappuccini, divenne la fabbrica architettonica più significativa della prima epoca moderna.
Il primitivo impianto, di datazione incerta, fu trasformato nel corso del '600, con la costruzione delle cappelle ai lati della navata e della volta a botte sopra l'aula liturgica.
Nel 1676, l'artista Mattia Canopia si impegnò a dipingere il retablo per la cappella di nostra Signora del rosario. Ai primi anni del '700, risale il pulpito ligneo intagliato dall'artigiano Giovanni Domenico Manca. Tra il 1718 ed il 1722, il muratore Salvatore Pilloni realizzò il singolare fronte su piazza; sorprende il coronamento superiore della chiesa, impreziosito da fantasiosi motivi vegetali, scolpiti su blocchi di pietra arenaria, che conferisce al monumento accenti pittoreschi: una singolare mescolanza di modelli vernacolari, non dissimile dalle espressioni artistiche dei lontani scenari coloniali. Due volute di raccordo collegano il fastigio al corpo della chiesa. L'ingresso è evidenziato da uno pseudo-colonnato tetrastilo, motivo attinto dal panorama secentesco cagliaritano, comune ad altre chiese del circondario, come la parrocchiale di Gonnoscodina.
Al periodo tra il 1778 ed il 1781, risale la ricostruzione della sacrestia, ad opera del muratore Giuseppe Loy. Negli ultimi anni del XVIII secolo, la chiesa ricevette in dotazione alcuni organi, realizzati dal maestro napoletano Antonio Priante.
Eretto nel secondo decennio dell'800, l'imponente campanile è, per altezza, il secondo della Sardegna.