Inicialmente fundada como igreja conventual do Convento de Nossa Senhora da Conceição e dos Mártires de Sacavém, destinada a servir os ofícios religiosos às freiras clarissas que aí professavam. A primeira pedra da igreja conventual foi assente num Domingo, 1 de setembro de 1596. A cerimónia decorreu com grande pompa, tendo celebrado o ofício divino o Patriarca de Jerusalém, legado do Papa; estiveram presentes Miguel de Moura, então governador do Reino de Portugal (de Filipe II de Espanha) e sua esposa, acompanhados por alguma da mais alta fidalguia do reino, entre a qual se contava o conde de Penaguião, D. João Rodrigues de Sá (camareiro-mor do Reino) e o conde de Tarouca, D. Luís de Menezes.

Em 1834, os bens das ordens religiosas foram nacionalizados (na sequência dos decretos de Joaquim António de Aguiar, dito O Mata-Frades), e às casas regulares femininas foi imposta a proibição de acolher noviças. Gradualmente, o edifício da igreja foi-se degradando, até que, em 11 de Abril de 1863, quando só já existia uma freira no convento, o cardeal-Patriarca de Lisboa, D. Manuel Bento Rodrigues, em resposta a um pedido da Junta de Paróquia sacavenense, fez da igreja conventual a Igreja Matriz de Sacavém, em substituição da pequena Igreja de Nossa Senhora da Vitória, em Sacavém de Cima, que fazia as vezes de Igreja Matriz desde a ruína da Igreja Matriz de Santa Maria, situada no largo da Senhora da Saúde, aquando do terramoto de 1755. Nessa mesma altura, o orago da Igreja passou a ser Nossa Senhora da Purificação, em substituição da antiga invocação conventual de Nossa Senhora da Conceição dos Milagres e dos Mártires.

Em 1877, quando finalmente a freira abandonou o convento, este passou à posse do Ministério da Guerra, reservando, no entanto, a Igreja e algumas casas adjacentes (onde passou a funcionar a residência paroquial) como bens do Patriarcado.

Entre 1885 e 1886 sofreu profundas obras de restauro, coordenadas pelo então prior de Sacavém, José Adriano Borges; nos anos 50 sofreu nova campanha de restauro, levada a cabo pelo Prior Filinto Ramalho. De resto, existe um busto deste antigo Prior sacavenense à entrada da Igreja.

O edifício é um exemplar da arquitetura manerista, caracterizado pela sobriedade própria da época da Contra-Reforma. Bastante singelo, compõe-se de dois blocos (nave e capela-mor).

A entrada é feita lateralmente, em função da prévia construção do mosteiro. O telhado é de duas águas, possuindo na cabeceira, no topo da torre sineira, um zimbório em forma de pirâmide hexagonal, rodeado por pináculos menores. Nessa mesma torre sineira, a meia altura, acha-se uma figura de Santa Clara num nicho.

No interior, nos altares laterais, acham-se as representações de São Miguel Arcanjo e de Nossa Senhora da Purificação.

A pia batismal da igreja, de acordo com a tradição, era a antiga cúpula de um mirante da fortificação regida por Bezai Zaide (o alcaide mouro de Sacavém derrotado na batalha que aí se feriu em 1147, e que se tornou no primeiro ermitão da Ermida de Nossa Senhora dos Mártires, entretanto substituída pelo convento da mesma invocação), a qual foi virada do avesso, purificada e solenemente dedicada à sua nova função.