Kościół zbudowany w latach 1904-11 jako świątynia rzymskokatolicka w stylu neogotyckim. Inicjatywę budowy kościoła podjęto, aby uczcić tragiczną śmierć zamordowanej przez szaleńca przy użyciu nożyc pięknej cesarzowej Elżbiety - małżonki austro-węgierskiego monarchy Franciszka Józefa, zwanej popularnie Sisi. Pieniądze na budowę pochodziły w dużej części ze zbiórek organizowanych wśród polskiej części mieszkańców miasta, którzy z racji tego, iż w owym czasie brak było dużego kościoła rzymskokatolickiego we Lwowie, chętnie dawali na ten cel pieniądze. Kościół ten miał tym samym podkreślić polski charakter miasta. Stał się on największą świątynią Lwowa. Po 1946 roku kościół został zamknięty, później jego wnętrza przeznaczono na magazyn kombinatu cukierniczego „Switocz”. Wnętrze świątyni ulegało celowej dewastacji, niszczono wyposażenie i dekoracje. W 1991, po odzyskaniu przez Ukrainę niepodległości, władze miasta przekazały świątynię Kościołowi katolickiemu obrządku bizantyjsko-ukraińskiego. Nowi gospodarze, grekokatolicy, dodali do wezwania kościoła św. Elżbiety także i św. Olgę.
