A paróquia de Nossa Senhora dos Mártires foi criada logo após a conquista de Lisboa, em 1147, sendo ali erguida uma pequena ermida. Em 1755 era já uma grandiosa igreja barroca, quando foi destruída pelo terramoto.
A atual Basílica de Nossa Senhora dos Mártires, num projeto de Reinaldo Manuel dos Santos, foi construída em estilo barroco tardio e neoclássico. Foi dedicada ao culto em março de 1784.
Apesar da destruição provocada pelo terramoto, a pia batismal que aqui está é do tempo anterior e recuperada da anterior igreja.
Na Basílica dos Mártires existe um presépio do século XVIII, com 126 figuras da escola de Machado de Castro.
Está classificada como Imóvel de Interesse Público desde 1974.