Nella prima metà del VII secolo Onorio I fece costruire una chiesa ai margini del Foro Romano dedicata a Santa Martina, martirizzata a Roma nel 228. Sisto V concesse la chiesa all’Accademia del disegno, detta di San Luca nel 1588. La ricostruzione fu affidata a Ottaviano Mascherino a cui subentrò Pietro da Cortona nel 1635. La chiesa fu ultimata nel 1669, anno della morte dell’artista.

La chiesa è a pianta centrale, cioè è affine a una croce greca con quattro absidi, ma i bracci del transetto sono più corti di quello longitudinale, e la curvatura è più schiacciata.

La facciata, di forma convessa, fu completata nel 1664. All'interno la spazialità è dominata dall'alta cupola; i pennacchi di raccordo sono decorati con i Quattro simboli degli Evangelisti in stucco, opera di Camillo Rusconi. All'altare maggiore si può ammirare il San Luca Evangelista che dipinge la Madonna, copia del caravaggesco Antiveduto Gramatica del dipinto di Raffaello, oggi alla Galleria dell'Accademia di San Luca. Nel transetto è collocata una pala di Sebastiano Conca. Molto bella è la cripta, anch'essa opera di Pietro da Cortona, che riprende in piccolo le linee architettoniche della chiesa superiore. Vi si trovano due rilievi di Alessandro Algardi.