Santa Cecilia, protettrice della musica, fu martirizzata qui nel 230 d.C. La chiesa, fondata prima del V secolo nel luogo ove sorgeva una casa romana, probabilmente quella di Valeriano, marito di Santa Cecilia, fu rifatta su commissione del papa Pasquale I; della vecchia costruzione rimane il mosaico absidale.

Nel XII secolo le vennero aggiunti un portico ed il campanile. Fu continuamente restaurata a partire dal XVI secolo fino al XIX, rispettivamente per cura dei cardinali Francesco Acquaviva e Giacomo Doria Pamphili.

La facciata settecentesca è del Fuga ed è preceduta da un portico che conserva le antiche colonne di granito rosa e di marmo africano. Da non perdere, all'interno del convento adiacente, l'affresco di Pietro Cavallini "Il Giudizio universale" che risale al XIII secolo.