Kościółek ten powstał na początku XVII w. Wcześniej na tym miejscu znajdował się drewniany zbór ariański, zburzony podczas rozruchów antyprotestanckich w maju 1591r. 18 października 1618 roku Wespazjan Piotrowski ofiarował znajdującą się na miejscu dawnego zboru kamienicę karmelitom z Piasku, którzy chcąc posiadać siedzibę w mieście, przerobili ją na kościół filialny. Konsekracji świątyni pod wezwaniem świętego Tomasza Apostoła dokonał biskup Tomasz Oborski 24 września 1621 r. Nowy patron nie był wybrany przypadkowo w dobie kontrreformacji często zdarzało się, że w miejscach dawnych zborów powstawały kościoły lub kaplice, którym patronował św. Tomasz Apostoł. Karmelici opuścili to miejsce w 1787 roku, prawdopodobnie po pożarze kościoła.

W 1801 r. do kościoła i klasztoru po Karmelitach zostały przeniesione Siostry Duchaczki, które musiały opuścić własny klasztor przy szpitalu Świętego Ducha. Siostrom, które dotychczas zajmowały się pielęgnowaniem chorych i dzieci, została nałożona ścisła klauzura. Liczba sióstr stopniowo się zmniejszała. W 1846 r. Senat Wolnego Miasta Krakowa usunął dwie pozostałe siostry z klasztoru św. Tomasza, przeznaczając budynek na cele dobroczynne. Siostry ponownie zamieszkały w tym miejscu w 1851 r. po tzw. Odrodzeniu Zakonu.

Kościół jest budowlą wczesnobarokową, jednonawową, trójprzęsłową nakrytą sklepieniem kolebkowym z lunetami. Fasada świątyni jest dwukondygnacyjna, portal prowadzący do wnętrza wykonano z marmuru dębnickiego w pierwszej połowie XVII wieku. Ponad nim w niszach umieszczone zostały kamienne posągi Chrystusa oraz św. Piotra i św. Pawła z tego samego okresu, pierwotnie pokryte polichromią usuniętą w 1933.

W kościele tym od 2018 r. znajdują się doczesne szczątki Czcigodnej Służebnicy Bożej Siostry Emanueli Kalb.