Fou edificada sobre el lloc on segons la tradició havia nascut i s’havia criat santa Eulàlia de Barcelona. Els consellers de Barcelona hi acudien en processó amb el clericat de la seu en les secades i altres flagells públics i en festes de la ciutat. El 1578 el lloc fou donat al pare Ángel Alarcón de Tordesillas per fundar-hi el primer convent caputxí, juntament amb l’església, entre els anys 1633-37, i esdevingué el noviciat de l’orde de tot Catalunya. Convent i església, enriquits amb una relíquia de santa Eulàlia el 1630, foren un centre de devoció dels barcelonins, que continuaren acudint-hi. Era molt popular la font de Santa Eulàlia, descoberta el 1637. Al llarg del temps s’amplià amb nous altars (1784), un campanar i cor, i el seu voltant, ple de boscs, s’omplí de capelles i donà origen al desert de Sarrià (desert 1 5), visitat per reis i personatges importants. El convent de Santa Eulàlia de Sarrià fou destruït el 1835. El 1887 fou restablerta a la vora la vida conventual, sota l’advocació de santa Anna. A l’indret del vell convent s’instal·là un estatge de beneficència, l’Institut del Desert de Sarrià per a Obrers Invàlids.