Il 12 maggio 1598 veniva istituita ad Aosta la Confraternita della Santa Croce e della Misericordia (Confrérie de la Sainte Croix et de la Miséricorde), il cui regolamento veniva approvato dal duca Carlo Emanuele I di Savoia il 22 aprile 1600. All’atto della fondazione, la confraternita utilizzò come sede l’antica cappella di San Vincenzo, già esistente nel XIII secolo nella parte occidentale della città. Il piccolo edificio si rivelò tuttavia inadeguato alle esigenze dei confratelli e grazie a generosi lasciti negli anni 1682-1683 iniziarono i lavori di costruzione della chiesa di Santa Croce, che si protrassero fino ai primi decenni del secolo successivo. L’edificio mantenne la funzione di sede della confraternita fino al XX secolo, quando mutò temporaneamente la sua destinazione: dal 1923 al 1956, pur rimanendo dipendente dalla cattedrale di Aosta, fu utilizzato per il servizio religioso di un nuovo quartiere cittadino che si era formato nelle vicinanze (quartiere Cogne).
La chiesa presenta un'aula unica a pianta rettangolare e custodisce un monumentale altare ligneo policromo e dorato databile alla prima metà del XVIII secolo.
La decorazione della facciata risale alla seconda metà del XIX secolo ed è attribuibile al pittore di Ivrea Giuseppe Stornone. E' caratterizzata da una finta architettura dipinta a trompe-l’oeuil che mette in risalto il riquadro figurato centrale, sovrastante il portone d’ingresso, destinato ad esaltare la dedica stessa della chiesa alla Santa Croce di Cristo: il tema illustrato è infatti l’Invenzione (o Ritrovamento) della croce.