Manoma, kad cerkvė pastatyta 1345 m. Lietuvos didžiojo kunigaikščio Algirdo stačiatikės žmonos Marijos iniciatyva. Su pastatu siejama ne viena legenda. Tikėta, kad ši viena seniausių cerkvių Vilniuje pastatyta pagonių dievo Ragučio šventyklos vietoje. Šią vietą esą žymi dabar skverelyje prie cerkvės stovintis Ragučio akmuo, rastas pamatuose netoliese, Latako gatvėje. Kita legenda pasakoja, kad šioje cerkvėje netrukus po jos pastatymo buvo krikštyti stačiatikių kankiniai Antonijus, Eustachijus ir Joanas. XVI a. vid. cerkvė sudegė, buvo perstatyta. Greta jos įkurta prieglauda, parapijos kapinaitės. XVII a. pr. po gaisro atiteko unitams, šie ją paremontavę, tačiau ilgainiui apleidę, pavertę sandėliu. XVIII a. pr. cerkvė suremontuota, pašventinta šv. Paraskevės vardu. Nedidelę cerkvę tuomet iš trijų pusių supo gyvenamieji pastatai, šalia veikė Žuvų turgus. Vienoje iš sienoje išlikusių atminimo lentų įrašyta, kad šioje cerkvėje 1705 m. lankėsi Rusijos caras Petras I, dovanojęs jai mūšyje laimėtas trofėjines vėliavas ir čia pakrikštijęs rusų poeto Aleksandro Puškino senelį Hanibalą. Vėliau cerkvė vėl kelis dešimtmečius stovėjo beveik nenaudojama, 1865 m. rekonstruota pagal architekto Nikolajaus Čiagino projektą. Iki šiol buvęs kresnas romaniškos architektūros proporcijų pastatas su stambiais kontraforsais kampuose tapo puošniu neobizantiškos stilistikos statiniu. Aplink stovėję namai buvo nugriauti, suformuota nedidelė aikštė. XX a. 7 dešimtmetyje cerkvė uždaryta. 1981 m. restauruota, čia įrengta LSSR dailės muziejaus miniatiūrų ekspozicija. Po nepriklausomybės atkūrimo cerkvė grąžinta stačiatikiams.