Le but de cet édifice était d'accueillir les pèlerins venus assister à la procession du Preziosissimo Sangue di Cristo (« Précieux sang du Christ ») apporté à Mantoue selon la tradition par Longin le centurion. Cette relique est conservée dans la crypte en dehors des processions annuelles du vendredi saint.
On doit ce joyau de la Renaissance à l'architecte Léon Battista Alberti qui en commença la construction à partir de 1472 à l'emplacement d'un monastère bénédictin dont il garda le campanile gothique (1413), encore visible aujourd'hui.
Luca Fancelli termina les travaux vingt deux ans plus tard. Cependant l'aspect actuel de la basilique est dû à plusieurs remaniements qui complétèrent le travail d'origine : l'un en 1597, l'autre en 1697, et surtout à l'intervention de Filippo Juvarra qui y ajouta une coupole de 80 mètres de hauteur (1732), ce qui donne à l'intérieur de l'église un éclairage unique.