L'édification de l'église fut confiée à Michel-Ange alors âgé de 86 ans. Ce projet perdit rapidement son unité architecturale après la mort de l'artiste pour se muer en une structure informe. Sérieusement remaniée au 18e s. par l'architecte napolitain Luigi Vanvitelli, l'église perdit sa façade au 20e s. pour faire resurgir de manière insolite la nudité brute de l'ancien caldarium des thermes. À l'intérieur, le transept permet d'imaginer l'ampleur solennelle des salles antiques.