Костел был построен великим литовским князем Витовтом в конце XIV века в готическом стиле. В XV веке здесь венчались король Польши Ягайло и княгиня Софья Гольшанская, которые стали родоначальниками династии Ягеллонов. Сегодня об этом напоминает мемориальная плита, установленная на боковом фасаде костела. В честь 600-летия со дня рождения княгини Софьи рядом с католическим храмом была высажена лиственница и установлен памятный камень.
Фарный костел в Новогрудке имеет все признаки оборонительного однонефного храма. Архитектура его фасада отличается простотой и аскетичностью. Костел также имеет перекрытый цилиндрический свод, полукруглую апсиду и двухбашенный фасад. Все башни - невысокие, с квадратным сечением. Они также увенчаны шатрами.
В северную стену в каплице Тела Господня вмурована мемориальная плита из черного мрамора. Она была установлена в костеле в 1643 году по заказу настоятеля Новогрудского храма Яна Рудамина в память о брате и соседях, погибших в бою с турками под Хотином в 1621 году. По центру плиты находится барельеф с изображением 9 фигур и самого Яна Рудамина. Внизу изображены фигуры поверженных врагов с отсеченными головами в тюрбанах, вверху - рельефное изображение Божьей Матери с ребенком. На плите также высечен текст на латинском языке с перечислением титулов и имен погибших.
В начале XVIII века Новогрудский фарный костел был перестроен в стиле сарматского барокко. Краеугольный камень обновленного католического храма был освящён 14 июля 1714 года коадъютором виленского епископа Матеем Анцутой. В 1723 году он получил название «Костёл Божьего Тела», но строительные работы продолжались до 1740 года.
В 1776 году епископ Жулковский освятил костёл в честь Преображения Господня.
Спустя 23 года в фарном костеле был крещен известный польско-белорусский писатель Адам Мицкевич, творчество которого способствовало популяризации среди местного населения идей национально-освободительного движения и становлению, как в Польше, так и в Беларуси демократической мысли.
В 1857 году Новогрудский фарный костел был закрыт и возвращен верующим только в 1906 году. Через 15 лет храм был реконструирован и повторно освящен в 1922 году.
Во время Великой отечественной войны гестаповцы казнили в костеле 11 сестер-назаретанок (новогрудских мучениц). В 1943 году немцы проводили массовые аресты среди местного населения Новогрудка, и тогда сестры произнесли знаменитые слова: «Мой Боже, если нужна жертва жизни, пусть лучше нас расстреляют, чем тех, у кого есть семьи…. » Их расстреляли в лесу недалеко от города. Сегодня в каплице костела находится саркофаг с останками монахинь, а на месте их захоронения рядом с храмом установлена стела. В 2001 году Папа Иоан Павел II причислил одиннадцать мучениц к лику святых.
