Deze kerk is genoemd na de patroonheilige van Litouwen, Prins Casimir Jagiellon en opgericht in 1604 door de Jezuïeten, na de heiligverklaring van Casimir. De bouw van het eerste Barokke gebedshuis in Vilnius werd gefinancierd door Leo Sapieha, grootkanselier van Litouwen. Het gebouw, ontworpen volgens de lijnen van de Il Gesú kerk in Rome, werd voltooid in 1618.

De bouw van het klooster vond plaats tussen 1604 en 1615. Het had een bibliotheek en een ziekenhuis. Vele belangrijke Jezuïeten hebben dit klooster bewoond.

Het kerkgebouw is herbouwd in het midden van de 18^e eeuw door Tomas Žebrauskas. Onduidelijk is of hij of Christoph Glaubitz de opvallende kroondragende koepel heeft ontworpen. In 1812 liep het gebouw opnieuw beschadigingen op, omdat het door Napoleon in gebruik werd genomen als graanopslagplaats. Na de opstand van 1831 werd de kerk door de Russen in gebruik genomen als Orthodoxe kerk van St. Nicolaas. In 1864, het jaar dat de Russen het Latijnse schrift verboden in Litouwen, kreeg de kerk de status van kathedraal.

Gedurende de Duitse bezetting van 1915 tot 1917 werd de kerk door Protestanten gebruikt om vervolgens weer te worden teruggeven aan de katholieken.

De kerk is verfraaid met drie prachtig versierde barokke altaren.

Het eerste Litouwse gymnasium heeft in het kloostergebouw gezeten (1915 - 1919), waarna er een middelbare school voor monniken gevestigd werd.

In de Tweede Wereldoorlog werd de kerk opnieuw flink beschadigd, maar tijdens de Sovjetonderdrukking in 1961 krijgt het heiligdom zijn meest opvallende functie: een museum over atheïsme.

Bovenop de toren van de kerk bevindt zich de familiekroon van Jogailaitis.