Храм содержался при капуцинском монастыре. Когда тот был упразднен царской властью, костел функционировал в качестве приходской католической церкви. В 30-х годах его закрыли большевики, перестроили фасад, сменили интерьер и передали святыню под лекторий для чтения лекций по атеизму. Но храм снова был открыт и даже отреставрирован во время фашистской оккупации. Только в 1991 году Костел Девы Марии Ангельской вернули Винницкой римо-католической общине. Здание отреставрировали, опираясь на первоначальный проект. Обновленный костел освятил епископ из Варшавы Ежи Домбровский.