Разрушительные татарские набеги XV–XVI веков были тяжелым испытанием для жителей Олесько, которые ежедневно восстанавливали свои дома из пепла. Именно тогда возникла идея построить святыню, которая бы укрепляла общественный дух. Так, в 1545 году на месте бывшего деревянного храма построили Троицкий костел, который принадлежал приходу РКЦ в Олесько. С восстановлением благоденствия на Галицких землях (примерно через 40 лет) возникла потребность в расширении храма. Вплоть до 1587 года продолжалась масштабная реконструкция, а позже у костела появилось две боковые часовни. В 1803 году город Олесько постигла беда: Троицкий костел сгорел дотла. Такая же участь постигла восстановленную святыню в 1840-е годы, а восстановление длилось долгих шесть лет. 1927 год отметился светлыми страницами в истории католического храма. Тогда начались масштабные восстановительные работы под руководством Бронислава Виктора, по завершению которых костел приобрел статус памятника архитектуры.