La construction de l'église commença lorsque Giacomo della Porta s'impliqua dans le projet ; il imposa un plan basilical en croix latine, avec trois nefs sur des piliers à arc de plein cintre, cinq chapelles de chaque côté et une abside surmontée d'une coupole à triple niveau sommée d'une croix. C'est cette église qui, mis à part ces dernières particularités, est le bâtiment qu'on voit aujourd'hui.

L'achèvement n'eut lieu qu'avec Carlo Maderno, qui réduisit le projet de Giacomo della Porta, terminant l'abside et les transepts avec trois murs percés de fenêtres et construisant, en 1634, la coupole en brique et en stuc. L'abside resta sans décoration jusqu'aux années 1640, quand on chargea Pietro da Cortona de l'équiper provisoirement de bois et de stuc, avec des peintures empruntées à la Chiesa Nuova. Quand la famille Falconieri accepta de financer l'abside de la chapelle, on chargea Cortona d'un projet final qui prévoyait un colossal groupe sculptural dû à Francesco Mochi. L'abside actuelle fut réalisée par la suite selon le même principe, mais d'une manière différente dans sa forme, au cours des années 1660, par Francesco Borromini avec un groupe sculptural d'Antonio Raggi. Cependant l'église ne fut terminée qu'en 1734-1738, par Alessandro Galilei, qui mourut un an avant d'en avoir achevé la façade.