Deve il suo nome ad una precedente piccola Chiesa dedicata alla Vergine e retta dai frati Carmelitani. Infatti il monte santo per eccellenza è il Monte Carmelo di Gerusalemme. La nuova costruzione, contemporanea a quella della gemella Chiesa di Santa Maria dei Miracoli, si deve al Cardinale Gerolamo Gastaldi. La prima pietra fu collocata il 15 luglio 1662 e la costruzione fu completata nel 1679. Il progetto originario è di Carlo Rainaldi. Vi pose poi mano Gian Lorenzo Bernini che apportò alcune varianti, prima tra tutte la pianta, che divenne ovale per meglio adattarsi alla conformazione dell'area. Alla morte di Bernini i lavori furono completati da Carlo Fontana. La Chiesa rimase affidata ai Carmelitani fino al 1825 quando papa Leone XII ne ordinò i restauri e le conferì il titolo di Basilica Minore. Nel 1953, affidata a Mons. Ennio Francia (1904-1995), divenne sede della Messa degli Artisti. All' epoca furono eseguiti alcuni lavori di restauro e di abbellimento tra i quali la Via Crucis e l' altare delle celebrazioni. La Messa degli Artisti fu istituita ufficialmente il 7 aprile 1951, sotto papa Pio XII e fu lo stesso Pio XII ad assegnare agli artisti la Basilica di Santa Maria in Montesanto dove si insediarono nel 1953. Attualmente Rettore della Basilica è Mons. Marco Frisina, insigne musicista e direttore dell'orchestra e del coro della Diocesi di Roma. Dall'ultima domenica di ottobre al 29 giugno, a mezzogiorno, si celebra la Messa degli Artisti animata dalla musica. Il lettore è solitamente un attore. Al termine della Messa viene letta la Preghiera degli artisti. Nella sacrestia si allestiscono mostre, molte delle quali di carattere sacro. Nella Basilica si tengono anche concerti di musica sacra.