A kéttornyú templom Vác városképének ikonikus eleme. Építését még Sindler Zsigmond házfőnöksége alatt, 1740-1741-ben kezdték meg a piarista rendház melletti üres saroktelken. 1745-ben használatba is vették a templomot. Az épület tervezőjét és kivitelezőjét név szerint nem ismerjük, de biztosan egy olyan helyi építőmester lehetett, aki a dunai barokk iskola stiláris sajátosságait igen jól ismerte és alkalmazta.
A templom két torony a főkapuval és a kórussal együtt feltehetően később, 1748 és 1754 között épült föl. Kalazanci Szent József szobrát pedig 1755-ben helyezték föl a homlokzatra. A templom ünnepélyes fölszentelésére 1759 novemberében került sor, az eredetileg tervezett Szentháromság helyett Szent Anna tiszteletére.
1785-ben, miután II. József császár a piaristákat a domonkos kolostorba telepítette át, a templomot kiürítették, és katonai raktárnak, majd istállónak használták. Berendezését elárverezték, egyedül a főoltár maradt meg. A piaristák csak 1796-ban kapták vissza a templomot. Miután berendezését lehetőség szerint visszaállították, Szerdahelyi Gábor segédpüspök ismét fölszentelte. A megrongálódott toronysisakokat 1886-ban Panek Ödön házfőnök építtette újjá, ekkor kerültek a barokk hagymakupolák helyére nyolcszögletű gúlatetők.
A faragott fejezetek és nyíláskeretek korábban festetlenül álltak, a 2015. évi felújítás során azok a homlokzattal azonos színű fehér festést kaptak, a kapu és a szoborfülke kivételével. A kapu fölötti erkély mellvédjén Althann Mihály Károly címere látható. Az oltárkép a Szűz Máriát tanító Szent Annát ábrázolja. A főoltáron helyezték el azt a velencei tükörüvegből készült tabernákulumot, amelyet Forgách Pál váci püspök hozatott még 1757-ben. Ajtaja az utolsó vacsorát, két oldala pedig Ábrahám és Melkizedek áldozatát ábrázolja.
A templomban hat mellékoltár található. Az oltárképek közül négy 1748 és 1769 között készült, de a templom 1796. évi újra berendezésekor mindet új, klasszicizáló késő barokk oltárépítményen helyezték el, csakúgy, mint az akkor készült, új (Szent Flórián és Szent Imre) oltárfestményeket. A Szappancsi Márton nagyprépost költségén 1748 körül készült Szent Dizmász oltár váci különlegesség.