Budowę świątyni poprzedziło ogłoszenie konkursu na projekt Świątyni Opatrzności Bożej w Białymstoku. Wpłynęło ponad 70 projektów, 9 z nich wyróżniono, m.in. propozycje autorstwa architektów: Władysława Schwarzenberg – Czernego, Jana Karżewskiego, Jerzego Woyzbuna, Jadwigi Dobrzańskiej i Zygmunta Łobody, Bohdana Lacherta, Lecha Niemojewskiego i Józefa Szanajcy oraz Witolda Kłębkowskiego. Do realizacji przeznaczono jednak projekt architekta Oskara Sosnowskiego, profesora Wydziału Architektury Politechniki Warszawskiej. Prace budowlane rozpoczęto w 1927. Do września 1939 r. kościół był gotowy w stanie surowym, z zamontowaną kopułą i ukończoną wieżą. Następnie został na krótko zarekwirowany przez Niemców na koszary. Ze względu na swoją charakterystyczną formę okupujący Białystok w następnej kolejności Sowieci zamierzali przeznaczyć świątynię na cyrk, w związku z czym, już w roku 1941 rozpoczęto w kościele odprawianie nabożeństw, a prace budowlane przy nim były kontynuowane. Po wojnie, kierownictwo budowy objął przybyły z Wilna arch. Stanisław Bukowski, student Oskara Sosnowskiego, gdyż autor poległ w czasie działań wojennych. Prace przy wystroju wnętrza realizowano do początku lat 60. XX w. Brali w nich udział Stanisław Bukowski, jego żona Placyda Siedlecka-Bukowska, Aleksander Wels, Stanisław Horno – Popławski oraz Irena Pławska. Świątynia była częścią większego zamierzenia ideowego Kamiennej Litanii – mistycznych twierdz maryjnych, będących architektonicznym wyrazem wezwań litanii loretańskiej, które miały stanąć w szeregu miast polskich. Znawcy architektury podkreślają, iż kościół św. Rocha jest jedną z najbardziej oryginalnych budowli sakralnych wzniesionych w 1 poł. XX w. na świecie. Świątynia łączy idee narodowe z nowatorskimi formami architektonicznymi (inspiracje klasycznymi świątyniami maryjnymi, żelbetowym strukturalizmem Perreta, konstrukcyjną logika gotyku, motywy dekoracyjne kryształowe bliskie „szkole krakowskiej", kubistycznej grupie Section d'Or, ekspresjonizmowi niemieckiemu – spiętrzenie brył, nawiązanie do regularnych form przyrody). W latach 1929-1934 obok kościoła wzniesiono przytułek dla starców, również wg projektu Oskara Sosnowskiego, którego budowę kontynuowano jeszcze po wojnie, pod nadzorem arch. S. Bukowskiego.