La Chiesa fu fondata nel medioevo per i monaci Celestini dell'ordine di Celestino V; nel dodicesimo secolo passò ai Benedettini, ed alla fine del Quattrocento fu affidata ai francescani da papa Sisto IV. I frati a seguito della definitiva acquisizione e conseguentemente al diffondersi della notizia che la chiesa contenesse la memoria del martirio di S.Pietro fecero abbattere il vecchio edificio per costruirne uno nuovo.
La costruzione della chiesa, consacrata da papa Borgia nel 1500, fu finanziata dei reali di spagna Ferdinando V e Isabella di Castiglia tra il 1481 e il 1500. La ricostruzione fu affidata all’architettura di Baccio Pontelli, realizzatore del Duomo di Torino, per la pianta interna ,e alla scuola di Andrea Bregno per l'elegante facciata rinascimentale. Per la sua posizione esposta, e sul confine della città, il complesso subì gravi danneggiamenti per mano dei francesi di Napoleone III, intervenuti a soffocare la seconda Repubblica Romana del 1849. Durante la difesa del Gianicolo la chiesa fu utilizzata come ospedale (e i romani lo rinominarono San Pietro in Montorio), e l'archivio si ritrovò infine disperso e saccheggiato. Nel 1876 il convento fu ceduto dallo Stato italiano alla Spagna, alla quale ancora appartiene.
Tempietto circolare di Bramante
Al centro del chiostro adiacente alla chiesa si erge il bellissimo tempietto del Bramante, considerato uno dei manufatti maggiormente rappresentativi dell'architettura Italiana del rinascimento. Costruito con pianta centrale con basamento a tre gradini e sedici colonne che sorreggono una loggia e la cupola sovrastante, il tempio periptero dedicato al martirio di San Pietro viene eretto tra il 1502 e il 1509 da Donato Bramante.
Il tempietto ha un corpo cilindrico scavato da nicchie di alleggerimento e circondato da un colonnato sopra al quale corre una trabeazione decorata con triglifi e metope a tema liturgico di origine greca.
La costruzione è concepita mediante rapporti geometrici semplici:
l'altezza (compreso architrave, fregio e cornice) è uguale alla distanza da questa alla sommità della cupola;
la cupola dell'edificio ha un raggio pari alla sua altezza, e all'altezza del tamburo su cui si appoggia; in questo ha un chiaro rapporto con il Pantheon (nel quale la cupola, anch'essa una semisfera, è alta la metà esatta dell'edificio completo);
Il diametro della circonferenza esterna delle colonne è pari a 3/2 del diametro della cupola.
L'interno della cella ha un diametro di circa 4 metri e mezzo. La cupola, ha un raggio pari alla sua altezza, e all'altezza del tamburo su cui si appoggia.
Sull'altare è collocata una statua di San Pietro di anonimo lombardo.
Secondo i progetti iniziali, il tempietto avrebbe dovuto inserirsi al centro di un cortile circolare, non realizzato (l'attuale è di forma rettangolare), così da evidenziare la perfetta simmetria dell'impianto e sottolineare la centralità del tempio.
La circolarità è esasperata per classicizzare l'edificio.
Il Gianicolo è un colle romano la cui altezza massima è 88 metri, è uno dei luoghi più panoramici della città con vista a est dei quartieri limitrofi e del centro storico con i maggiori monumenti architettonici della città. Nel punto più alto del colle furono successivamente poste la statua equestre di Giuseppe Garibaldi e la statua equestre di Anita Garibaldi. All'estremità sud del colle è presente la Porta San Pancrazio testimone degli eventi della Repubblica romana del 1849 ed oggi sede del Museo della repubblica romana e della memoria garibaldina. All'estremità nord del colle è collocato il Faro del Gianicolo Eretto grazie all'iniziativa di un comitato di italiani residenti a Buenos Aires per festeggiare il 50º anniversario dell'Unità d'Italia. In cima al colle è collocato dal 24 gennaio 1904 un cannone che spara un colpo a salve tutti i giorni a mezzogiorno in punto. Attualmente il cannone è gestito da personale dell'Esercito Italiano.