La chiesa di Sant'Agostino fu realizzata nel XV secolo nel luogo in cui si credeva fosse stato custodito il corpo del santo prima di essere traslato a Pavia nel 725. Di quella chiesa resta attualmente una cappella ipogeica alla quale si accede dall'interno di un palazzo che sorge sul lato stampacino del largo Carlo Felice. Il tempio e il convento vennero demoliti nel 1576, nel corso dei lavori di rafforzamento del sistema di mura e bastioni della città voluti da Filippo II di Spagna.
Il declino del tempio iniziò a metà del XIX secolo quando, in seguito alla legge di soppressione degli ordini religiosi (leggi Siccardi), chiesa e convento passarono in mano allo Stato e successivamente al Comune. I locali del convento ospitarono l'asilo della Marina (la chiesa venne chiusa al culto) e la sede della Banca d'Italia che si affaccia sul largo Carlo Felice. Dal 1978 la chiesa di Sant'Agostino è nuovamente a disposizione dei fedeli.