Fu fatto costruire tra il 340 e il 345, come proprio mausoleo, da Costantina, figlia di Costantino I, a ridosso della basilica costantiniana, presso la sepoltura di sant’Agnese, della quale Costantina era una devota. Vi furono sepolte sia Costantina sia la sorella Elena, consorte dell’imperatore Flavio Claudio Giuliano. L’edificio fu detto “di Santa Costanza” nel medioevo, quando Costantina venne venerata come santa. Il mausoleo, come la basilica (oggi allo stato di rudere) al cui fianco sinistro era collegato, fu di proprietà imperiale, e non ecclesiastica, e dopo esser stato utilizzato come battistero della basilica di Sant’Agnese fuori le mura, divenne chiesa autonoma nel 1254 per volere di papa Alessandro IV.

Nel Rinascimento, a causa delle sue caratteristiche spaziali e del suo grado di conservazione, fu oggetto di un grande interesse da parte degli architetti, anche se le scene di vendemmia presenti nei mosaici hanno fatto sì che per secoli l’edificio sia stato identificato come un tempio di Bacco.

L’edificio introduce motivi dell’architettura paleocristiana, pur rappresentando la fase finale dell’architettura romana tardo antica.