Домініканський собор – архітектурна пам’ятка пізнього бароко. В плані він зображає витягнутий хрест з овальною центральною частиною і двома дзвіницями по боках. Завершує церкву величезний еліптичний купол. Масивні здвоєні колони підтримують галереї і ложі, прикрашені дерев’яними статуями роботи львівських скульпторів другої половни XVIII століття. Над галереями — колони барабана, що підтримують купол. Під банею костелу — цитата латинською мовою з Першого послання Тимофію: «Soli Deo honor et gloria» («Єдиному Богу честь і хвала»).
До храму примикає будівля монастирських келій, перебудована заново у 1556–1621 роках і відновлена після пожеж 1766 і 1778 років. Будівля кам’яна, прямокутна в плані, трьохповерхова, з двома внутрішніми двориками, з типовою для монастирських будівель коридорною системою планування і арковими перекриттями.

Монастир домініканів заснували у XIII столітті на прохання дружини українського князя Лева Даниловича, угорської принцеси Констанції. Від XV і до середини XVIII століття тут стояв костел, збудований у готичному стилі.

Через аварійний стан готичний домініканський костел розібрали 1748 року. Новий храм, який нагадує костел святого Карла у Відні, у 1748-1764 роках спорудили за проектом Яна де Вітта у пізньобароковому стилі. До наших часів у південній частині храму можна оглянути алебастровий надгробок XVI століття – пам’ять про старовинний готичний костел.

Всередині храму низка надгробків, найцінніший з яких – надгробок графині Дунін-Борковської роботи всесвітньовідомого данського скульптора Бертеля Торвальдсена (1816 рік). Львівську школу скульпторів репрезентує пам’ятник губернаторові Галичини Гауеру роботи Шімзера (1824 рік). 1880 року тут поставлено пам’ятник знаменитому польському художникові Артурові Ґротґеру роботи скульптора Гадомського.

За радянських часів храм закрили і тут влаштували склад, а 1970 року відкрили Музей релігії та атеїзму. У музеї працював кінолекторій, де читали лекції на атеїстичні теми і демонстрували атеїстичні науково-популярні фільми.

З 90-х років Домініканський собор став греко-католицьким храмом Святої Євхаристії.