La tradición sostiene que la iglesia fue construida sobre la casa de la santa del siglo II.
[2] Entre otros titulares previos están Carlo María Martini, el papa Esteban III, Thomas Wolsey y Giuseppe Maria Doria Pamphili.
La iglesia tiene una fachada construida el año 1725 por Ferdinando Fuga, la cual incluye un patio decorado con antiguos mosaicos, columnas y un cántaro.
Entre los trabajos más notables está el altar de Santa Cecilia (1600) del escultor proto-barroco Stefano Maderno.
La estatua podría ser concebida como proto-barroca, ya que representa un momento o una persona no idealizada, sino que muestra una escena teatralizada, una representación naturalista de una muerte, o de un santo moribundo.
La cripta, decorada en estilo cosmatesco, contiene las reliquias de santa Cecilia y su esposo san Valeriano.