西什库天主教堂的历史可以追溯到康熙四十二年。由于两位天主教教士洪若、刘应治愈了康熙 西什库教堂皇帝的疾病，因而获赐皇城西安门内蚕池口一代的一块地皮，得以建筑教堂，这所教堂便是今天西什库教堂的前身，名为救世堂。清朝中叶，民间反对天主教的势力与天主教会不断发生摩擦，清政府于道光七年查封了蚕池口天主教堂，并没收了全部教产。
第二次鸦片战争后，清政府向教会归还了教堂的土地，同治三年，主教孟振生主持在北堂原址建立了一座高大的哥特式建筑，由于蚕池口临近皇家禁地，高大的教堂钟楼引起了慈禧太后和同治皇帝的不悦，经过与罗马教廷和法国政府的交涉，教会同意将教堂迁往西什库，由清政府出资修建新的教堂建筑，光绪十四年新建筑正式落成。义和团围攻 庚子事变之前的西什库教堂1900年义和团运动爆发，西什库教堂成为拳民进攻的焦点，在当时的义和团营中曾经有顺口溜道：“吃面不搁酱，炮打交民巷；吃面不搁醋，炮打西什库”其中的交民巷指的是东交民巷使馆区，而所谓西什库指的便是西什库教堂，1900年6月－8月间北京的义和团团民曾经长时间围攻西什库教堂。
1900年6月15日傍晚，由端王载漪所率领的一队义和团开始进攻西什库教堂。当时教堂中除了西什库教堂法国教士、中外教徒3000余人外，还驻有40余名法国和意大利士兵，法意士兵很快与进攻的义和团展开激战，打退其冲锋。围困教堂的义和团曾经使用自制的穿屋火龙、炸弹、抬杠等火器向教堂发动进攻，守军则以快枪与之对战。6月17日起，清军也参加了进攻。义和团挖地道，埋地雷，4次爆炸，炸毁仁慈堂，炸死教民和儿童400多人。但是教堂依旧顽强坚守。由于缺少粮食，经过半个月的围困后，教堂内的人员将作役用骡马和战马全部吃光，并且开始食用院内的树皮和野草。驻守部队的指挥官和副指挥官以及教堂的主教陆续战死。
直到8月16日，八国联军攻陷北京后组建了专门的解救队，其中包括法军1个步兵营和步兵混合营；俄军1个步兵营和30个哥萨克骑兵组成；英军海军路战队和步兵混合营；意大利海军小分队，以及250-300名作为增援的日本兵，总计有1200支枪、8门山炮、4门野战炮和3挺机关枪。在经过了半日激战后，参与 西什库教堂攻打教堂的清兵武卫中军、武后卫军以及庄亲王载勋统辖的虎神营、神机营马步队、火器营炮队四散撤退，许多义和团团民战死，轰动一时的西什库教堂事件告终结。
被义和团用火药炸毁的仁慈堂整个事件中，义和团和清军被杀死600人以上，教父教民死亡400多人，联军死伤各10余人。庚子议和后由清政府赔偿出资重修了损毁严重的西什库教堂建筑，形成了目前西什库教堂的建筑群。献堂献庙 在1958年的“献堂献庙”运动中，西什库教堂被上缴国家，教堂收藏的教会藏书，包括中、日、梵、德、英、法、荷、意、西班牙、波兰、希腊、拉丁、希伯来、佛兰芒、叙利亚、马来、大宛、藏、满、蒙等语种的“摇篮本”早期印刷图书和和一批稀见文献，被运出教堂移交北京图书馆收藏；西什库教堂所拥有的法国产Cavaillecoll牌管风琴是北京最大和最好的一座管风琴，于1965年以“研究”的名义被中央音乐学院移走，后在文化大革命中散失。直到1985年西什库教堂才交还给天主教三自爱国会，重新开堂。1887年因中南海扩建，将其拆除，后来清政府拨银四十五万两，于西安门内西什库易地而建；1900年整修时加高一层，成为今日所见之庄严秀丽的北堂。
北堂是典型的哥特式建筑。它的四个高高的尖塔，三个尖拱券入口及主跨正中圆形的玫瑰花窗，塑造出端庄而绮丽的立面，在青松翠柏环绕之中越发显得洁白挺拔。堂前左右两侧各有一中式四角攒尖黄色琉璃瓦顶的亭子，亭内是乾隆亲笔题写的石碑。一西一中、一高一矮，巧妙搭配，令人叫绝。主入口两侧的圣者雕像是北京各教堂中绝无仅有的。1985年，教堂修缮一新，更加光彩夺目，成为北京最绚丽的教堂。
北堂大堂建筑面积约2200平方米，高16.5米，钟楼塔尖高约31米。堂前有月台，三面有汉白
西什库教堂玉石栏杆，堂正面上镶汉白玉石一方，镌刻着耶稣善牧圣像。大堂正门两旁，有中国式建筑碑亭两座，亭内分别立光绪十四年(1889年)天主教堂迁建谕旨碑和满汉文天主堂碑。
堂内有明柱三十六根，柱顶俱镂菘菜叶形，柱高4丈9尺。大堂内有正祭台和配台，大堂正门内建有唱经楼。
堂属哥特式建筑形式。大堂平面呈十字架形门面。哥特式建筑特点是使用尖拱以求使房屋直耸而上。
大堂主祭台的北边是苦难堂。苦难堂西墙上镶有樊国梁墓碑。
在修建西什库北堂时还建有主教公署、修道院、育婴堂等。
围绕哥特式教堂建筑的是传统的中式台基，环以汉白玉栏杆，栏杆和栏杆上的装饰均为传统的中式设计。堂前左右两侧各有一座碑亭，为黄顶琉璃瓦重檐歇山顶设计，庭内安放乾隆皇帝手书御碑两统，碑亭内侧则是四尊中式的石狮子，还有一对石供。
除了主体建筑，西什库教堂还有面积很大的附属建筑群，包括图书馆、后花园、印刷厂、孤儿院、医院以及光华女子中学、若瑟修女院和天主教华北教区主教府，现在这些附属建筑大多都被其他单位占用，只有若瑟修女院还保留使用，现位于教堂西北侧。最近有报道声称占据华北教区主教府的北京市第三十九中学已经在酝酿迁出，主教府不日即可归还西什库教堂。
