В 1625 році, власник на той час Олеско, воєвода руський Іван Данилович, пожертвував грошей на будівництво двох бічних каплиць. Після будівництва цих каплиць вони були освячені: одна на честь Матері Божої, а друга на честь Святого Іоанна Богослова. 11 квітня 1797 року, згідно з розпорядженням Папи Римського, Олесько було приєднане до Львівської архидієцезії. Каплиця з правої сторони від костелу завершується восьмикутною, висотою у 22 метри вежею. Ця вежа використовується як дзвіниця. На рівні другого ярусу збереглися оборонні бійниці. Каплиця з лівої сторони від входу в храм також завершується вежею, але висотою у 5 метрів. В середині храму знаходяться кілька гарних та старовинних вівтарів.

Головний вівтар храму виготовлено в кінці XVIII століття. В костелі також є фамільна гробниця руського князівського роду Даниловичів, що знаходиться перед головним вівтарем, та гробниця Іванка Даниловича (син Івана Даниловича та Софії Жолкевської), яка являє собою щит висотою 2.5 метри, оздоблений орнаментом, який виготовлено з червоного мармуру. Знаходиться ця гробниця навпроти казальниці (амвону) поблизу головного вівтаря. Іван Данилович помер в 1628 році у Львові, але похований в Олеському костелі в родинній гробниці. В 1806 році в костелі сталася пожежа, ще раз храм горів в 1841 році, але був знову відбудований. В результаті відновлень внутрішній інтер’єр храму втратив первісний готичний стиль. В 1927 році костел знову відновили під керівництвом архітектора Броніслава Віктора, в результаті чого з’явився трикутний головний фронтон над навою, трикутний фронтон над притвором.

Споруджено нова сингатурку, подвір’я храму обнесено новою кам’яною огорожею. В храмі також знаходиться мармурова таблиця з епітафією Івану Даниловичу. На південному фронтоні каплиці-дзвіниці є два герби: зліва Сас та Любич. Часткова реставрація костелу проводилася і в 1960 роках, було відновлено покрівлю. З 1945 року і до середини 1986 року храм був закритий, а приміщення використовувалися, як склад. У 1980-х роках святиню відновлено та передано Львівській картинній галереї під фондосховище, яке там проіснувало до 1993 року. У 1993 році храм було передано громаді Української Автокефальної православної церкви, а 28 березня того ж року храм освятив єпископ Маркіян Трофим'як. Для потреб римо-католицької громади містечка відведено каплицю в Олеському замку.