Distrutta da un incendio nel 1519, se ne iniziò la ricostruzione con l'attuale orientamento sotto la direzione di Jacopo Sansovino, sostituito nel 1527 da Antonio da Sangallo il Giovane e Annibale Lippi. La facciata, tutta di travertino, è un capolavoro di Carlo Fontana, esemplare versione tardo-barocca dello schema già espresso nella quattrocentesca S. Maria del Popolo. La concavità enfatizza il nuovo orientamento verso il Corso; i due ordini corinzi sono raccordati alle 'quinte' laterali dall'invenzione naturalistica dei fasci di palme che sostituiscono le rinascimentali volute. L’interno sansoviniano è a navata unica, con cinque cappelle per lato e presbiterio absidato; nel restauro purista del Vespignani furono rifatti l'altare maggiore e la decorazione dell'abside, ridipinto il soffitto a lacunari lignei del 1592-97 ed eliminati molti ornamenti, sostituiti dalle pitture di Silverio Capparoni e G.B. Polenzani. Il battistero dell'antica basilica fu ritrovato nel 1912 ed è tra i pochissimi rimasti a Roma per il rito mediante immersione: la vasca in laterizio rivestito di marmo, poligonale all'esterno e con nicchie all'interno, è forse del sec. VIII, anche se indagini condotte nel 1978-79 hanno rimesso in luce resti di una fase più antica (sec. V). A destra della chiesa è il convento di S. Marcello, iniziato nel 1616 su disegno di Antonio Felice Casoni e terminato nel 1671.