Kościół wybudowany został w latach 1907–1923 według projektu Łukasza Wolskiego. Fundatorem kościoła był Michał Piotr Radziwiłł (od którego imienia tę część Pragi nazywano Michałowem). Inicjatorką budowy świątyni była jednak jego żona Maria z Kieżgajłłów-Zawiszów Radziwiłłowa. Rozpoczęcie budowy bazyliki przypada na czas odnowy życia eklezjalnego w Polsce po ukazie wydanym przez cara w 1905 pozwalającym między innymi na tworzenie nowych parafii.

Dnia 30 czerwca 1904 księżna Maria otrzymała błogosławieństwo papieża Piusa X na budowę bazyliki pod wezwaniem Najświętszego Serca Jezusa[2]. Ten odręcznie pisany przez papieża dokument jest do dzisiaj przechowywany w archiwum parafii.

Pierwszy etap prac związanych z budową przerwał w 1914 wybuch I wojny światowej. Zostały one wznowione w 1919 pod kierunkiem Hugona Kudera i trwały przez cały okres dwudziestolecia międzywojennego. Kudera wprowadził zmiany do pierwotnego projektu, m.in. redukując boczne aneksy i wieżę[3].

25 października 1919, jeszcze podczas budowy kościoła, kardynał Aleksander Kakowski erygował, z ważnością od 1 listopada, parafię Najświętszego Serca Pana Jezusa.

Nuncjusz papieski Achille Ratti interesował się postępem prac w czasie budowy bazyliki, a po zostaniu papieżem – jako Pius XI – 23 stycznia 1923 nadał tytuł bazyliki mniejszej. 16 kwietnia tego samego roku Aleksander Kakowski dokonał jej konsekracji.

Od 1931, zgodnie z wolą fundatorki kościoła, opiekę nad nim pełnią i pracę duszpasterską prowadzą salezjanie[4].

W czasie II wojny światowej bazylika uniknęła większych zniszczeń[5].