Entorno a 1550, el edificio primitivo fue demolido por ruinoso, y en 1553 se compró un solar en la calle Atocha donde se edificaría el templo actual. Las obras comenzaron en 1554 bajo la dirección de Antonio Sillero, acabándose en 1575.
No obstante, no es hasta el siglo XVII cuando se puede dar por acabado el templo, ya que paulatinamente se fue ampliando con la adquisición de solares anejos en donde se construyeron la torre de la iglesia, construida a partir de 1612 por Lucas Hernández, y sobre todo, una serie de capillas anejas que pronto alcanzaron gran relevancia en la Corte, destacando la capilla de Nuestra Señora de Belén, adoptada por los arquitectos madrileños para su devoción y sepultura, y la capilla de Nuestra Señora de la Novena, patrona de los cómicos.
Saqueada durante los primeros días de la Guerra Civil, el templo fue totalmente destruido por una bomba lanzada desde un avión del ejército nacional en la noche del 19 al 20 de noviembre de 1936, siendo reconstruida entre 1943 y 1959 por el arquitecto Francisco Iñiguez Almech, quien cambió la orientación del edificio. Es Monumento Nacional desde el 10 de octubre de 1969.
