El edificio fue construido sobre los cimientos de una iglesia preexistente, consagrada a la Virgen María para recordar el milagro de que emanara sangre de una estatua de la Virgen en el año 1480. El autor del diseño original se desconoce, aunque se ha propuesto a Baccio Pontelli.
En 1656-1667 el papa Alejandro VII hizo que Pietro da Cortona restaurase el edificio, y para simular un escenario teatral, añadió la famosa fachada barroca proyectándose desde sus alas cóncavas. tiene dos órdenes y tiene una pronaos semicircular con columnas dóricas pareadas. El centro de la iglesia empuja hacia afuera,ocupando casi en su totalidad la pequeña plaza que hay en su frente. Durante su construcción se tuvieron que demoler varias casas.
El interior, que puede alcanzarse desde la puerta original del siglo XV.
Tiene una nave corta con bóveda cruciforme y una tribuna sobrevolada por una cúpula.
Posee importantes capillas con destacadas obras tanto en pintura como en escultura.
El principal rasgo de la iglesia es, sin embargo, el claustro de Bramante. Construido en 1500-1504 para el cardenal Oliviero Carafa, fue la primera obra del arquitecto y pintor en la ciudad. Tiene dos plantas, en la primera los arcos se apoyan sobre pilastras, y en la segunda sobre pilastras y columnas.
Esta obra se destaca por aparecer en ella por primera vez en la historia los cuatro órdenes clásicos (toscano, dórico, jónico y corintio) superpuestos. El claustro tiene una arquitectura a la romana, con pilastra y arcos, y presenta ya un lenguaje radical: es muy severo y carece casi de decoración, en esto Bramante se aparta del periodo milanés, durante el cual realizada obras muy decoradas.
El claustro es sede de exposiciones de arte contemporáneo.
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