Важно отметить, что, на самом деле, это здание состоит сразу из двух церквей. Первая, Святой Мартины, была построена в VI веке неподалеку от Римского форума и Капитолийского холма. Названа она была в честь мученицы, пострадавшей за христианскую веру от рук римского императора Александра Севера.

Архитектурный план этого храма был создан отцом Гонорием. Спустя несколько веков здание уже было значительно разрушено и неоднократно реставрировалось.

В 1558 году старинную церковь решили «обновить» весьма кардинальным способом. На средства Академии Святого Луки, в которую входили скульпторы, художники и архитекторы, на крыше церкви Святой Мартины возвели новое здание. Вид и польза этой надстройки ещё много лет вызывали бурные обсуждения, однако, со временем народ привык к новому облику храма, и разговоры поутихли.

Автором проекта «второго этажа» церкви стал знаменитый архитектор и художник Пьетро да Кортона, явивший миру блестящий барочный фасад и внушительных размеров купол. Внутренние интерьеры храма также были украшены его стараниями. В благодарность за «второе дыхание», которое да Кортона подарил этой церкви, архитектор вместе с членами семьи был похоронен внутри своего шедевра.