L’edificio sacro originale, di epoca medievale e gestito dai monaci celestini dell’ordine di Celestino V, fu abbattuto nel 1400 per lasciare il posto a una struttura più imponente, realizzata dai frati francescani. L’ampliamento fu motivato dalla crescente venerazione del sito, ritenuto luogo della crocifissione dell’apostolo Pietro, secondo una tradizione.
I finanziamenti per la nuova costruzione arrivarono dai sovrani di Spagna, Ferdinando V e Isabella di Castiglia, che si impegnarono in questa opera in seguito a un voto per la nascita di un erede. I lavori si svolsero tra il 1481 e il 1500. Successivamente, tra il 1502 e il 1509, Donato Bramante, architetto di fama, fu incaricato di progettare un elegante tempietto situato a destra della chiesa principale, esattamente nel punto dove, per tradizione, si ritiene che San Pietro fosse stato crocifisso a testa in giù.