L'edificio, una costruzione di età normanna (XI secolo), fu forse eretto da Boemondo di ritorno dalle crociate come vuole la tradizione locale. È stato ritenuto, senza motivo, un battistero e alcuni l'hanno anche creduto, ma erroneamente, ricostruito su una primitivo tempio paleocristiano.

Dal punto di vista architettonico, la forma della chiesa riporta ai modelli diffusi nell'Italia del medioevo, delle chiese circolari o di forma ottagonale. Queste ultime erano spesso ispirate alla Rotonda dell'"Anastasis" e cioè dell'edificio circolare costruito, sempre nel medioevo, intorno al Santo Sepolcro a Gerusalemme.
La chiesa doveva appartenere ai canonici del Santo Sepolcro, attestati a Brindisi già intorno al 1126. Alcuni studiosi hanno ipotizzato che la chiesa possa essere stata edificata dai templari, ma tale ipotesi non risulta essere suffragata da alcuni riscontro documentario].

Subì notevoli danni e un lungo degrado fino al restauro di metà Ottocento che lo portò a fungere da provvisoria sede del Museo Civico dal 1850 al 1955. Numerose campagne di scavo al suo interno hanno portato alla luce antiche testimonianze anche di epoca romana, senza fare luce sulla sua origine.