W okresie międzywojennym dużego znaczenia nabrało poszukiwanie nowoczesnego kształtu kościołów katolickich. Było to istotne zwłaszcza dla młodego pokolenia architektów, o czym świadczą ówczesne publikacje. Uważano, że kościół powinien nawiązywać do tradycji nie tylko przez sakralne wnętrze, lecz także zewnętrzną formę architektoniczną. Kościół p.w. Matki Bożej Ostrobramskiej, wzorowany na ukształtowaniu bazylik wczesnochrześcijańskich, był ucieleśnieniem tej idei.

Świątynia ojców salezjanów została wzniesiona jako kościół wotywny „w podzięce za wyzwolenie Lwowa spod »ukraińskiej«, a później bolszewickiej nawały”. W 1925 roku miasto przeznaczyło pod jego budowę działkę ograniczoną z jednej strony Parkiem Łyczakowskim, a z drugiej stacją kolejową Łyczaków. W sąsiedztwie stacji w 1930 roku powstało prestiżowe osiedle zwane Kolonią Profesorską. W 1929 roku ogłoszono konkurs architektoniczny na projekt kościoła. Poza świątynią, salezjanie planowali wzniesienie na tym terenie ośrodka edukacyjnego dla trudnej młodzieży.

Do udziału w konkursie zaproszono znanych polskich architektów: Wawrzyńca Dayczaka, Witolda Minkiewicza i Tadeusza Obmińskego ze Lwowa, Franciszka Mączyńskiego i Adolfa Szyszko-Bohusza z Krakowa i Oskara Sosnowskiego z Warszawy. Wszyscy uczestnicy otrzymali honorarium w wysokości 1000 złotych. Mimo że komisja najwyżej oceniła projekt Adolfa Szyszko-Bohusza, do realizacji wybrano projekt przygotowany przez profesora Tadeusza Obmińskiego.

Wybrany projekt nawiązywał do kształtu wczesnochrześcijańskich bazylik z wysoką kampanilą. Badacze zauważają jego podobieństwo do projektu kościoła Opatrzności Bożej w Warszawie autorstwa Bohdana Lacherta i Józefa Szanajcy, co nie jest zaskoczeniem, gdyż warunki konkursu zostały opracowane przez komisję na podstawie warszawskiego projektu.

Kościół zrealizowano w latach 1932–1934, już po śmierci Tadeusza Obmińskiego. Kierownictwo budowy objął autor jednego z projektów konkursowych, Wawrzyniec Dayczak. W 1938 roku salezjanie powrócili do pomysłu budowy ośrodka edukacyjnego dla młodzieży wraz ze szkołą handlową. Inwestycja ta miała stanowić pomnik dwudziestej rocznicy odzyskania przez Polskę niepodległości. Plany te zostały jednak unicestwione przez wybuch II wojny światowej.