Die ursprüngliche Kirche aus dem Mittelalter, die unter der Leitung der Mönche des Ordens von Coelestin V. stand, wurde schließlich im Jahr 1400 von den Franziskanern abgerissen, um einem größeren Bauwerk Platz zu machen. Als sich die Nachricht verbreitete, dass die Kirche das Andenken Petri beherbergte, sahen diese die Notwendigkeit einer sofortigen Renovierung. Die Kirche steht nämlich an der Stelle, an der einer Überlieferung zufolge der Apostel Petrus gekreuzigt wurde.
Der Neubau wurde zwischen 1481 und 1500 von den spanischen Königen Ferdinand V. und Isabella von Kastilien in Erfüllung eines Gelübdes finanziert, das sie abgelegt hatten, um einen Erben zu bekommen. Zwischen 1502 und 1509 hatte der berühmte Architekt Donato Bramante die Gelegenheit, rechts von der Kirche ein majestätisches „Tempelchen“ zu errichten, und zwar genau an der Stelle, an der der Legende nach der heilige Petrus kopfüber gekreuzigt wurde.