Костел одночасно мав бути і оборонною спорудою. При освяченні храм отримав титул Успіння Пресвятої Діви Марії і святого Варфолемея. Під час нападу на місто татар та волохів, в 1498 році, костел був зруйнований. У першій половині XV століття храм було відбудовано. Під храмову дзвіницю було переобладнано давньоруську фортечну вежу XIII століття. Відтак перша третина XV століття визначено як час побудови костелу. Костел руйнувався під час ворожих нападів у 1594, 1624, 1648 роках, але відновлювався.

Остаточне відновлення костелу було розпочате в 1664 році. В 1739 році оборонну вежу остаточно перебудували під дзвіницю, бійниці замурували, інші розширили до вікон, всередині спорудили нові вівтарі, висоту вежі було понижено. В цей же час до головного храму було прибудовано каплицю. Реставраційні роботи провадилися і у 1881-1882, 1906-1913, 1932-1938 роках. В 1949 році костел закрили та розмістили в ньому склад театрального реквізиту. В 1989 році храм повернуто римо-католицькій громаді Дрогобича. Костел святого Варфоломія в Дрогобичі є пам'яткою архітектури національного значення.

Споруджений з цегли в готичному стилі, стіни декоровані ромбоподібним орнаментом. Храм однонефний, західний та східний фронтони храму ступінчасті. Вівтар костелу подовжений п'ятигранний. В середині храму чотири опорних колони відділяють наву від бокових вівтарів. Стіни храму було по новому росписані в XVIII столітті. Ці роботи виконав художник Андрій Соліцький в стилі бароко. Крім релігійних малюнків, тут також були композиції на історичні теми: сцена розгрому дрогобицького костьолу козаками Богдана Хмельницького і татарами в1648 році, сцена надання австрійським цісарем Йосифом ІІ прав Дрогобичу та інші.

Фрески виконані майстром Борщем близько 1800 року. Вітражі виготовлені вже у XIX столітті. Інтер'єр храму було знищено після Другої світової війни комуністами, але дещо збереглося. Зокрема: фрагменти розписів Соліцького, давня фреска із зображенням Святого Христофора, яка поєднує в собі мистецькі традиції пізньої готики та ренесансу. Зберігся також ренесансний надгробок Катерини Рамултової, виконаний Севастьяном Чешеком у 1572 році. У вівтарній частині храму збереглася ікона, написана італійським художником Томазо Долабелла. Над оздобленням інтер'єру свого часу працював також український художник і різьбяр Вендзилович Іван Лукич.