Iniziata nel 1662 da Carlo Rainaldi, ma interrotta per la morte del pontefice Alessandro VII, fu ripresa nel 1673 per interesse del cardinale Girolamo Gastaldi sotto la direzione di Carlo Fontana e la supervisione di Gianlorenzo Bernini, che nel 1675 elaborò il progetto definitivo. Completata con le decorazioni interne nel 1679 fu restaurata nel 1825. Sulla balaustra statue di santi (1674), forse su disegno del Bernini ed eseguite da scultori della sua cerchia. Il campanile, del 1761, è di Francesco Navone.
Il nome Montesanto deriva da una chiesetta che si trovava all'angolo con Via del Babuino, dove è collocata l'odierna struttura religiosa.
La facciata è preceduta da un portico in travertino con quattro colonne mentre la
cupola è un tamburo dodecagonale diviso in dodici spicchi.
L'elegante interno, il cui candore contrasta con la ricca policromia delle cappelle, tre per parte lungo l'asse maggiore, è a pianta ellittica con paraste corinzie, quattro coretti e profondo presbiterio. Negli spicchi della cupola le nicchie accolgono statue di santi di Filippo Carcani, autore anche degli stucchi del presbiterio. Nella terza cappella a destra,
disegnata da Francesco Bizzaccheri [1679,] affreschi di Niccolò Berrettoni e putti di Pietro Paolo Naldini.
All'altare maggiore la 'Vergine di Montesanto' con cornice sormontata da angeli di Filippo Carcani.
Nella terza cappella a sinistra, disegnata da Tommaso Mattei [1687], 'Vergine col bambino con i santi Francesco e Giacomo' di Carlo Maratta, 'Apparizione di Cristo alla Vergine e a S.Francesco' di Luigi Garzi, 'Carità di S.Giacomo' di Daniele Seiter. Nella volta 'Gloria della Vergine' di Giuseppe Chiari.
Nella seconda cappella a sinistra, su disegno di Carlo Rainaldi, dipinti di Ludovico Gimignani
