La chiesa, intitolata a Santa Rosa, anticamente era la cappella del convento di San Damiano ed era intitolata a Santa Maria delle rose.
Essa venne dedicata a Santa Rosa nel 1260 allorché papa Alessandro IV vi fece trasportare il corpo della santa che fino a quel momento era sepolto in Santa Maria in poggio, parrocchia di appartenenza della santa.
Dell'antica chiesa nulla rimane, un incendio nel 1357 distrusse la cappella, parte della chiesa e l'urna che conteneva il corpo della Santa. Il corpo seppur annerito dal fuoco si salvò. Un altro incendio nel 1410 provocò il crollo del dormitorio e di altre importanti parti del convento. Le parti danneggiate dall'incendio furono ricostruite nel 1437, nel 1438 furono riparate le mura cittadine alle quali il convento è addossato, la nuova chiesa fu consacrata durante il giubileo del 1450.
Nel corso del '600 la chiesa subì numerosi rimaneggiamenti ed ampliamenti. La chiesa attuale venne completamente rifatta tra il 1846 ed il 1850 allorquando venne completamente ricostruita essendo ormai la vecchia costruzione fatiscente e troppo piccola per il culto della santa che aveva assunto nel tempo sempre più importanza.
L'aspetto della nuova chiesa non convinse mai i viterbesi e, nel 1863, si chiese un nuovo progetto all'architetto Vespignani che, qualche anno prima, aveva progettato il teatro dell'unione. Il progetto non fu mai realizzato.
Nel 1908 fu bandito un nuovo concorso per ristrutturare la chiesa. Il concorso fu vinto da Arnaldo Foschini ma il progetto che prevedeva un rifacimento della chiesa in stile rinascimentale non fu mai realizzato ad eccezione della cupola che fu inaugurata in piena guerra nel 1917. La cupola inizialmente aveva una copertura a tegole smaltate in seguito ricoperte con lastre di piombo.
L'nterno della chiesa si presenta a tre navate di cui quella centrale termina con una grande abside semicircolare.
Al centro della navata di destra si apre la cappella nella quale, all'interno di un'urna in bronzo dorato, si conserva il corpo incorrotto di Santa Rosa. Lungo la stessa navata, a destra e a sinistra della cappella due altari, in quello di destra vi è un crocefisso ligneo del XVII secolo, in quello di sinistra un quadro di Pubblio Muratore in sostituzione di una tela ottocentesca del pesarese Sillani andata distrutta.
Lungo la navata di sinistra troviamo tre altari, nel primo una Madonna col Bambino del pittore Michele Wittmer, nella seconda uno splendido polittico di Francesco d'Antonio detto il Balletta datato 1441, nel terzo, infine, una tela di Vincenzo Pontani del 1830 raffigurante la morte di San Giuseppe.
Nel presbiterio infine possiamo ammirare una tela di Franesco Podesti di Ancona raffigurante la gloria di Santa Rosa.
Da segnalare, infine, una pregevole scultura in marmo, raffigurante Santa Rosa, posta sulla scalinata che conduce alla cappella della santa, opera dello scultore Francesco Messina.