Prawdziwa historia kościoła pod tym wezwaniem sięga końca XIII wieku. Około 1293 roku szczecińscy książęta Barnim II i Bogusław IV rozpoczęli budowę kościoła, którą w 1308 roku zakończył książę Otto I, przyznając jednocześnie patronat nad tą parafią kapitule Najświętszej Marii Panny z ulicy Mariackiej. Nie wiedzieć czemu w posiadanie tych praw wszedł zaraz potem przeor kościoła św. Jakuba. Doprowadziło to do trwających przez długie lata sporów między dwoma największymi szczecińskimi kościołami. Istnieją jednak także inne źródła, które mówią, że budowę kościoła rozpoczęli mnisi z zakonu karmelitów ok. 1400 roku.
Tak czy inaczej najstarszym dokumentem związanym ze świątynią św. Gertrudy jest list odpustowy z 1421 roku, w którym biskup kamieński przyznał odpusty dla tej fundacji. Możliwe więc, że kościół istniał już w XIII wieku i został przebudowany lub odnowiony po jakiejś katastrofie przez braci z zakonu karmelitów. Początkowo nabożeństwa odbywały się tylko w przedniej części kościoła, oddzielonej od reszty ścianą. W drugiej mieścił się szpital, który był schronieniem dla podróżujących, chorych i ubogich. Był też używany jako dom dla starych, bezdomnych mieszczan.
Różne były koleje losu tej świątyni. W1565 roku, gdy panowała w Szczecinie dżuma, kościół stał się szpitalem. Umarło tu wtedy około trzystu chorych. W sto lat później, gdy w mieście znowu wybuchła epidemia, kościół ponownie służył chorym jako szpital. Tym razem protestowali przeciwko temu mieszkańcy gminy, pamiętający zapewne tragedię sprzed wieku.
W połowie XVII wieku kościół św. Gertrudy został przebudowany i w formie, jaką uzyskał, przetrwał do ostatnich lat XIX stulecia. Rozebrano wówczas ścianę oddzielającą część sakralną od szpitala uzyskując większą przestrzeń. We wnętrzu pojawiło się założenie łukowe, z trzech okrągłych kolumn, podtrzymujących płaski, drewniany strop. Przy ścianach dodatkowo umieszczono dwa pilastry uzupełniające konstrukcję. Podpory posiadały głowice skomponowane w formie kompozytowego, romańskiego kapitela. Oprócz nich we wnętrzu kościoła na uwagę zasługiwała stara chrzcielnica z wapienia.
Ówczesne źródła podają, że zewnętrznie kościół nie zasługiwał na specjalną uwagę. Pomimo tego znalazł się w 1860 roku na obrazie Gustawa Franka, przedstawiającym najpiękniejsze miejsca Szczecina i okolic.
W okresie panowania w Szczecinie Francuzów, stara świątynia zamieniona została na wielką oborę, w której umieszczono bydło przeznaczone na rzeź. Nie pozostało to bez wpływu na stan techniczny budowli, której konstrukcja była w dużej mierze ryglowa. Tak więc, gdy później kościół powrócił do funkcji liturgicznych, jego stan pozostawiał wiele do życzenia. Podczas Świąt Wielkanocnych 1887 roku świątynia, decyzją władz policji budowlanej, została zamknięta. Decyzję o jej remoncie bądź rozbiórce pozostawiono miastu. Koniec końców w 1894 roku stary kościół został rozebrany a istniejące jeszcze wartościowe wyposażenie przekazane zostało do muzeum. Wkrótce potem rozpoczęto budowę nowego kościoła na miejscu poprzedniego. Nowa świątynia zaprojektowana została przez Meyera – miejskiego radcę budowlanego. Obiekt przewidziany został na 700- 800 miejsc, nadano mu formę historyzującą i nawiązującą do niemieckiego, północnego gotyku.
Nowy kościół założony został na planie czworoboku o wymiarach 35,7 na 22,3 m. Wyposażono go w efektownie zwieńczoną, krytą miedzianą iglicą wieżę o wysokości 64 m. Budowa kościoła trwała dwa lata. W tym czasie wierni uczęszczali na nabożeństwa do kościoła św. Jana. Świątynia ukończona została w 1897 roku.