天使与殉教者圣母大殿是利用戴克里先浴场冷水浴室改建而成。戴克里先原本是个近卫军长官，在卡拉卡拉皇帝后长达50年的内战末期取得胜利，最终称帝。与卡拉卡拉一样，他也修建了大面积的浴场供罗马公民享用。1563年，米开朗基罗受命利用浴场残余兴建了天使与殉教者圣母大殿，而1564年大师就在89岁高龄辞世了。教堂的入口就建在浴场的残垣断壁上，看似很简陋，但内部空间其实是非常可观的。门口的圣水钵采用了天使造型，充分体现了这座教堂并不简单。教堂主体是典型的巴西利卡结构，长90.8米、宽27米、高28米，一座巨大的长方体空间。除中间的主祭台外，两翼分别建有小礼拜堂。这里曾在意大利王国时期（1870-1946）成为正式的国家教堂，包括后来的国葬都在此举行。教堂内的一个小门通往伽利略纪念庭院，2010年4月28日，中国科学院捐赠了由李政道设计的高达6米的伽利略铜像。教堂门口是波兰雕刻家Igor Mitoraj设计的两扇大门。左边一扇表现的是被十字架深深嵌入身体的耶稣和一些殉道者，他们仿佛要从青铜中挣脱出来一样。右边一扇表现的是圣母领报，玛利亚谦卑地面向天使。