Fu probabilmente Baccio Pontelli a intraprendere la ricostruzione della chiesa attorno al 1480, ma fu Pietro da Cortona a ideare, nel corso del restauro del 1656, la facciata, preceduta da un pronao semicircolare a colonne doriche binate, quinta teatrale barocca che racchiude l'omonima appartata piazzetta. L'interno è composto da una breve navata a due campate con volte a crociera, che conserva intatta la struttura quattrocentesca, e da una tribuna chiusa da una cupola. Sull'arco della 1ª cappella destra sono le Sibille dipinte nel 1514 su commissione di Agostino Chigi da Raffaello, che qui rivela l'influenza di Michelangelo dopo lo scoprimento della volta della Cappella Sistina; i quattro profeti al di sopra furono eseguiti da Timoteo Viti su suoi cartoni. Sull'altare della 1ª cappella sinistra c'è un affresco rappresentante la Madonna, santi e il cardinale Ferdinando Ponzetti di Baldassarre Peruzzi. La 2ª cappella destra, disegnata da Antonio da Sangallo il Giovane, conserva sull'arco esterno una bella decorazione rinascimentale. La tribuna ottagonale a cupola fu disegnata dal Sangallo e decorata a stucco su disegno di Pietro da Cortona: nel tamburo, Visitazione di Carlo Maratta (1655), e Presentazione al tempio del Peruzzi (1524). Il coro e l'altare maggiore sono di Carlo Maderno (1611), le statue del timpano di Stefano Maderno (1616); sull'altare è collocata la venerata immagine della Madonna della Pace (sec. XV), che, colpita da un sasso, avrebbe, secondo la tradizione, versato sangue e per la quale venne costruita la chiesa. L'attiguo piccolo chiostro, circondato da un portico su arcate sorreggente un loggiato, è la prima opera di Bramante a Roma (1500-1504).