La iglesia del Sacramento formó parte del convento de las Bernardas cistercienses del Santísimo Sacramento fundado en 1615 por Cristóbal de Sandoval y Rojas, duque de Uceda, hijo del duque de Lerma y valido de Felipe III. El convento enlazaría con su palacio -actual Capitanía General y Consejo de Estado- constituyendo una unidad arquitectónica que, al situarse en uno de los enclaves más importantes de la Villa y al asemejarse al conjunto formado por el antiguo Alcázar y el convento de la Encarnación, serviría como símbolo de su influencia en los asuntos de Estado. El primer proyecto para la iglesia fue diseñado por Juan Gómez de Mora en 1621, pero por la caída del valido no llegó a materializarse hasta 1671 según un nuevo proyecto de Bartolomé Hurtado García, que dirigió las obras del convento hasta 1694. Sin embargo la iglesia no comenzó a construirse –quizás sobre las trazas de Hurtado- hasta 1730, iniciando las obras el maestro Andrés Esteban, seguido por Pedro de Ribera, que las concluyó en 1742. La iglesia mantuvo la lonja con pórtico planteados por Gómez de Mora, a los que se superpuso una traza de estilo madrileño propia del siglo XVII, con una monumental fachada pétrea de ascendencia herreriana en sus líneas sencillas pero ya barroca en su decoración: sobre un cuerpo de entrada formado por tres arcos –el central más ancho- separados por pilastras cajeadas, se apoyan otros dos cuerpos horadados con grandes ventanales adintelados con recercados de orejas también entre pilastras, con la excepción del espacio inferior central, ocupado por un relieve dieciochesco representando la Apoteosis de San Bernardo y San Benito; este conjunto se remata por un potente entablamento corrido sobre el que descansa un último cuerpo con un solo vano central entre pilastras, destinado a albergar una campana, y coronado por un frontón curvo coronado por una cruz, que mediante grandes aletones curvos enlaza a sendos pedestales extremos coronados por jarrones. En su interior, el templo presenta planta de cruz latina, con coro alto a los pies sobre el nártex de ingreso, y una sola nave dividida en tres tramos a la que se abren pequeñas capillas-hornacinas separadas por pilastras de orden compuesto, y que se cubre con bóveda de cañón con lunetos; transepto destacado en planta con un gran crucero más ancho que la nave, cubierto por cúpula encamonada sobre machones achaflanados rematados por pechinas, tambor ciego y linterna de coronación, que al exterior se manifiesta como un chapitel ochavado; y cabecera ovalada con testero plano al que se abría el coro de las monjas, con bóveda perforada por caprichosos lunetos y riquísimas yeserías. Destacan las bóvedas y pechinas decoradas con frescos realizados por los hermanos Luis y Alejandro González Velázquez a mediados del siglo XVIII, representando santos y arquitecturas fingidas. El altar mayor se engalana con un retablo neoclásico presidido por un lienzo que representa la Adoración de la Eucaristía por San Benito y San Bernardo, obra de Gregorio Ferro de 1804. Las capillas-hornacinas que se abren a la nave central albergan retablos barrocos y otros neoclásicos, con magníficas tallas de talleres madrileños del siglo XVIII y algunos de ellos conservan pinturas realizadas por Lucas Jordán (Luca Giordano).
En 1870, tras derribarse la iglesia de Santa María de la Almudena, se trasladó aquí provisionalmente su parroquia –y muchas de sus obras de arte- hasta poder instalarla en la nueva catedral de su advocación. Durante la Guerra Civil (1936-1939) el convento resultó dañado, siendo derribado –incluido el coro- y reconstruido entre 1941 y 1946 por los arquitectos Ignacio Fíter y Luis García de la Rasilla para la Dirección General de Regiones Devastadas, pero en 1972 este nuevo edificio también fue demolido, quedando en pie sólo el ala del Pretil de los Consejos y la iglesia, que fue restaurada entre 1976 y 1979 por Fernando Chueca Goitia eliminando los revocos exteriores para dejar el ladrillo visto; siendo adquirida por el Ministerio de Defensa para albergar la sede del Arzobispado Castrense de la I Región Militar -función que sigue desempeñando hoy día- como Catedral Castrense de las Fuerzas Armadas. En el solar del convento se levantaron edificios de viviendas rodeando un pequeño jardín público denominado Huerto de las Monjas, en el que puede admirarse una fuente de fundición decimonónica de los talleres franceses de Val d’Osne, procedente del desaparecido Palacio de Montellano.
