La chiesa, di architettura gotica, secondo il canonico Spano, probabilmente esisteva già quando nel 1554 la ricca e pia matrona cagliaritana Gerolama Rams fece costruire il monastero adiacente e vi si ritirò con altre cinque compagne secondo la regola di S. Chiara.

In origine sopra la porta d'ingresso si poteva ammirare una bella tavola dell'Immacolata che ora viene conservata all'interno.
Il portale d'ingresso, con grande arco a sesto acuto, è sormontato dallo stemma della famiglia Brondo che aveva il patronato della chiesa.

L'interno, cui si accede attraverso un atrio con volta a botte, è costituito da una sola navata divisa, da un arco, in due campate con volta a crociera e da un presbiterio (capilla mayor) rialzato e coperto con volta stellare; dalla navata si aprono le cappelle laterali, tre per lato, a pianta rettangolare, ricoperte anch'esse con volta stellare.
La chiesa si presenta ricca di altari e di marmi con un pulpito anch'esso di marmo.

L'altare maggiore è per una metà di marmo e per l'altra di legno dorato; al centro, nella parte superiore, vi si trova una tela, probabilmente di pittore romano, raffigurante la Purissima. Altre due tele molto interessanti sono quelle rappresentanti la Madonna di Monsterrat e la Madonna del Rosario.
Secondo le antiche cronache, nel giorno dell'Immacolata la chiesa veniva addobbata riccamente di damasco, e veniva portato in processione, dal Capitolo Metropolitano, un simulacro dell'Immacolata considerato miracoloso. Secondo la tradizione, questo simulacro fu trovato fuori dal monastero nel 1573 senza che nessuno sapesse chi lo avesse collocato.
Interessanti erano gli abiti e gli ori con i quali veniva vestita, ma molto curiosa era l'usanza di mettere ai piedi della statua, oltre a una moltitudine di fiori, anche della frutta. Ai piedi di essa vi si trovava anche una mezza luna d'oro.

Sempre dalle cronache del tempo sappiamo che durante l'assedio francese del 1793 le monache furono costrette, dall'arcivescovo Melano, a lasciare il monastero.
Nel 1799 il monastero fu visitato dalla regina Maria Clotilde, moglie di Carlo Emmanuele IV e due mesi dopo vi tornò con il Re e altre Dame.
La chiesa, fino alla chiusura per restauro, ospitava un simulacro della Vergine delle Grazie che veniva portato in processione fino alla Cattedrale.
Oggi il monastero attiguo in parte costituisce il convento delle suore della Sacra Famiglia e in parte ospita le aule della Scuola Media "G. Manno".