Dievo Gailestingumo šventovė savo gyvavimą pradėjo kaip maža gotikinė Švč. Trejybės bažnytėlė (pastatyta XV a. pab. – XVI a. pr.) Žvelgdami į jos istoriją matome, kaip Dievo Apvaizda ruošė šią vietą ir nuo pat pradžių pažymėjo gailestingumo ženklu, nes buvo glaudžiai susijusi ne tik su malda, bet ir su gailestingumo darbais. Nepertraukiamai daugiau nei pustrečio šimto metų gyvavusi Švč. Trejybės špitolė buvo įsikūrusi būtent prie šios bažnyčios. Ši gerai aprūpinta prieglauda pagyvenusiems, vienišiems žmonėms išsiskyrė dideliu globotinių skaičiumi ir ilgą laiką buvo didžiausia vargšų globos institucija mieste. Jos įkūrimas buvo susijęs su tilto per Nerį statymu (dabartinio Žaliojo tilto vietoje). 1536 m. Lietuvos Didysis kunigaikštis ir Lenkijos karalius Žygimantas Senasis suteikė privilegiją, pagal kurią Jonas Hozijus, pratęsdamas savo tėvo Ulricho valią turėjo pastatyti tiltą per Nerį. Iš lėšų, gaunamų už važiavimą per tiltą ir prekybą šalia, jis turėjo pastatyti ir išlaikyti ligoninę – prieglaudą, vadinamą špitole. Valdovo išduotoje privilegijoje kalbama apie „stokojančių ir nusilpusių žmonių“ išlaikymą ir globą. Iš pradžių ji buvo pavadinta Šv. Dvasios vardu ir ja rūpintis buvo pavesta prie Šv. Dvasios bažnyčios įsikūrusiems dominikonams. Po keliolikos metų špitolė perėjo miesto magistrato žinion ir tada ja rūpinosi Švč. Trejybės bažnyčios klebonijoje gyvenęs prepozitas. Simboliška, kad Šv. Dvasios bažnyčia laikiną prieglobstį ne kartą suteikė ir Gailestingojo Jėzaus paveikslui. Švč. Trejybės bažnytėlėje meldėsi špitolės gyventojai. Mat ne tik buvo rūpinamasi vargšais, šie taip pat turėjo misiją – melstis už geradarius. Vyskupas J.N. Kosakovskis XVIII a. tikino, kad „tikrieji” vargšai ir turtingieji yra susieti abipusiu ryšiu: vargšai turi egzistuoti tam, kad turtingieji galėtų daryti gerus darbus, už kuriuos jiems būtų atlyginta maldomis. „Žmonės gailestingieji ir gera darantys! Ką gi reikštų jūsų prabanga ir dosnumas, jeigu nebūtų vargšų ir kenčiančiųjų?“ – klausė vyskupas. Taip pat jis kreipėsi į vargšus: „ir jūs, vargšai, luošiai ir ligoniai, kurie daugiau nebegalite dirbti visuomenei ir šiuose namuose lauksite pasiturinčiųjų paramos, suteikdami jiems galimybę parodyti jums gailestingumą, nenustokite būti jiems naudingi“. Pagal 1684 m. tarp magistrato ir Švč. Trejybės špitolės prepozito pasiektą susitarimą pageidautinas globotinis turėjo būti „doras, negirtuokliaujantis žmogus su rekomendacija, kuris dėl sveikatos silpnumo ar savo amžiaus negali pragyventi”.
Špitolių gyventojai buvo skirstomi į tikruosius ir droviuosius vargšus. Pirmieji kilę iš neturtingų, o antrieji – nusigyvenę bajorai. Vargšų priešingybė buvo „netikri” vargšai, kurie nuskursdavo dėl savo pačių kaltės (lošimo, girtavimo ir pan.), valkataudavo ir, būdami sveiki, ne dirbdavo, bet gyvendavo iš išmaldos. (pgl. Martynas Jakulis, Špitolės Vilniuje: labdara, gydymas ir skurdas XVI- XVIII a., V., 2019)
Švč Trejybės bažnyčia XVIII a. priklausė universitetui. Ja rūpinosi universiteto profesoriai ar rektoriai kunigai. 1781- 1805 joje dirbo universiteto rektorius, astronomas Martynas Počobutas, kuris ir gyveno tuo metu vyrų špitolės antrame aukšte. Špitolė veikė iki pat XVIII a. pabaigos.
Nuo 1821 bažnyčia buvo pertvarkyta į cerkvę, o buvusias abiejų špitolių patalpas pavertė ligonine. Katalikams bažnyčia grįžo tik po šimtmečio ir patikėta Šv. Vincento Pauliečio draugijos globai. Buvusiose špitolės patalpose po Pirmojo pasaulinio karo veikė lietuviškos organizacijos. Simboliška, kad prieš uždarant bažnyčią sovietmečiu, 1946-47 m. joje kunigavo Mykolas Sopočka. 2004 m. kovo 8 d. ji Vilniaus arkivyskupo kardinolo Juozo Audriaus Bačkio dekretu atgimė jau kaip Dievo Gailestingumo šventovė, kad Gailestingojo Jėzaus paveikslas galėtų būti gerbiamas visų tautų visomis kalbomis.