Костел Святої Анни є вдалим зразком архітектури розвиненого бароко, який зазнав впливу італійської школи, чим і приваблює безліч туристів та поціновувачів краси.
Будівництво костелу розпочато 1593 року. Засновником та ініціатором спорудження храму став тогочасний власник Полонного – князь Януш Острозький.
Зі значними зусиллями костел Святої Анни завершили тільки 1607 року, весь процес тривав 14 років.
1617 року на Поділля напали татари, на чолі яких був хан Девлет Герай. Костел Святої Анни спалили турецькі війська 1618 року. Відбудував храм був тільки 1646 року краківський воєвода Станіслав Любомирський.
1933 року комуністи зачинили костел Святої Анни, а священика вигнали. З 1936 до 1941 рік у храмі діяв відділ НКВС, у підвалі була катівня для людей, де живцем замуровували в стіни вірян та вкидали тіла замучених парафіян. 1937 року відбулася спроба підриву святині, проте прихожани завадили цьому плану влади. 1948 року отець Антоній Хоміцький з Цезарем і Владиславом Кошевичами зібрали останки жертв комуністичної репресії (168 осіб!) та поховали їх на католицькому цвинтарі. Під час німецько-нацистської окупації костел Святої Анни був заново відкритий. До 2000-них років реставрувався всього один раз, 1995 року.
Сучасне життя храму доволі повне й насичене, в місті нараховується близько двох тисяч католиків. У святині щотижня проводять богослужіння, які супроводжуються грою на органі.
Костел Святої Анни також є культурним та освітнім осередком краю. Тут проводиться катехизація дітей та дорослих, діють гуртки, хор, недільна школа, біблійно-молитовні зустрічі для молоді.
Костел Святої Анни має багатий інтер’єр. Простінки уздовж оздоблені коринфськими пілястрами. Обломи карнизів мають виступи на кутах, які підкреслюють орнаментальний живопис на арках. На лівому карнизі є цитата з першого і чотирнадцятого рядка Євангелія від Івана, написана латиною. На правому карнизі напис продубльований, проте вже грецькою мовою.
Важливим об’єктом інтер’єру храму є орган. Виготовлений він на Фабриці органів костьольних та гармоній Яна Слівінського у Львові. Проте у 1930-тих роках інструмент було розібрано. Довгий час його намагалися відновити й відремонтувати. Вдалося це тільки у 80-тих роках минулого століття. Орган у Полонному відрізняється сильним звучанням. Цікаво, що в 1970-тих роках був куплений також електроорган, який після відновлення попереднього подарували іншій парафії.
Із самого початку костел Святої Анни був досить невеликим приміщенням, яке збереглося до нашого часу зі значними змінами. Свідченням цьому є деяка його неоднорідність та документи про перебудову. Саме тому тут можна побачити доволі цікаві архітектурні особливості: Святиня зведена у два етапи. Старша частина, яка є давнім замковим костелом, спершу мала форму латинського хреста. Тут можна побачити великі вікна, які слугують для проникнення світла у приміщення. Фасад цілком відповідає ширині нефа. Під храмом розташована крипта з перекриттям склепінчастого характеру. Первинний фасад 17 століття становить центральну частину костелу, розбудованого у першій половині 18 століття.
Костел Святої Анни побудований із цегли у стилі бароко, на яке досить значний вплив мали італійські архітектори. Храм – трьохнефний, із підкреслено виділеним трансептом, із бічними приміщеннями, які розташовані уздовж північного й південного фасадів будівлі, що сполучаються з вівтарною частиною. Костел має монументальний характер за рахунок великої оправи вікон, веж та багатої артикуляції. Колись храм мав два купола. Проте у 19 столітті був втрачений один із них, а другий після цього – розібраний. Стіни будівлі мають товщину 2 метри.
