Kirken var oprindeligt en del af "Københavns Amts Sygehus på Nyelandsvej", som brugte den både som kapel og sektionsstue. Da Frederiksberg Hospital overtog bygningen i 1939, forblev den kapel. Under krigen blev bygningen beslaglagt af tyskerne, for siden igen at være hospitalskapel. I sidebygningen havde man en overgang apotek og patientbibliotek.

Efter krigen skulle store dele af hospitalet moderniseres. Man vurderede, at der også var behov for en ”rigtig” kirke med mere hensigtsmæssige adgangsforhold og indrettede det gamle kapel til kirke. Karen Westergaard var arkitekt på projektet. Det Frederiksbergske Kirkefond hjalp med økonomien, ligesom hospitalspersonalet aktivt involverede sig i at skaffe midler. En gruppe sygeplejersker dannede således et "kirkeudvalg". I fællesskab broderede de et blåt korsstings-altertæppe og tog initiativ til indsamling til nyt inventar, bl.a. Fritz Hansens Grundtvigstole. I 1993 fik kirken et altermaleri udført af Sven Havsteen-Mikkelsen.  

Der har i alle årene været afholdt regelmæssige gudstjenester for hospitalets patienter. Dette ophørte 2. juni 2020, fordi patienterne gradvist forsvinder fra hospitalet, der står foran at skulle lukkes. Hvad der herefter skal ske med bygningen er uvist, men Godthaabskirkens menighedsråd ser gerne, at der fortsat er en form for kirkeligt engagement på hospitalsgrunden, hvor en helt ny bydel vil vokse frem i løbet 2020’erne.