La chiesa di Santa Chiara, anticamente dedicata a San Bartolomeo, sorge proprio nel cuore della città di Conversano. L'edificio, già di proprietà dei conti Acquaviva D'Aragona, viene affidato alle monache clarisse il 2 ottobre 1557.
Il 13 agosto 1649 l'aula liturgica e la sagrestia vengono ampliate. I lavori sono interamente finanziati dal conte di Conversano Giangirolamo II Acquaviva D'Aragona, soprannominato il Guercio delle Puglie.
Nel corso del XVIII secolo l'edificio si arricchisce di preziosi manufatti: il matroneo (1703), la cantoria, gli stucchi di Gaetano Lariccia (1792-93), i nuovi altari in pietra con le tele di Samuele Tatulli e l'organo di Nicola de Simone (1793), appositamente progettato per gli spazi claustrali.
Il 29 settembre 1793 la chiesa, che nel frattempo ha assunto l'attuale fisionomia, viene consacrata dal vescovo di Conversano Nicola Vecchi.
Il 7 luglio 1866 vengono soppressi in Italia tutti gli ordini religiosi.
Nel 1901 le ultime monache abbandonano il monastero conversanese. Cinque anni più tardi la chiesa viene affidata alle cure di un cappellano.
Il 17 marzo 2016 la chiesa di Santa Chiara, chiusa alla fine degli anni Ottanta del Novecento, viene riaperta. L'edificio, pur conservando l'antica funzione di culto, diventa sede della Pinacoteca Diocesana. Al suo interno sono collocate preziose statue e tele, realizzate dal Cinquecento in poi, provenienti da chiese conversanesi. Il percorso espositivo è incentrato su tre temi principali strettamente interconnessi: il Mistero della Croce, Maria Madre di Dio, vite dei Santi.
Opere particolarmente pregiate sono: le tele con la Madonna della Croce (1579) e quelle con i Dottori della Chiesa (1674) originariamente collocate nella chiesa dei Cappuccini, il Beato Rodolfo Acquaviva D'Aragona dipin­to da Paolo Finoglio (1590- 1645) e donato alla Cattedrale di Conversano da donna Giulia Acquaviva D'Aragona, la Madonna del Rosario attribuibile a un seguace di Finoglio, il Matrimonio mistico di Santa Caterina d'Alessandria (quadro già notato dagli esperti d'arte di Napoleone), l’Annunciazione secentesca proveniente dalla chiesa confraternale di Santa Maria la Nova, la Madonna delle Grazie (1766) di Andrea Giannico e il Cristo risorto (1794) realizzato da Samuele Tatulli proprio per le monache di Santa Chiara.