Probabilmente sono stati i monaci benedettini di San Paolo che l’hanno edificata su di un vecchio tempio pagano, come attestano i resti emersi in seguito ai restauri del 1981. Nel 1145 la chiesa, che all’epoca era molto piccola e con la facciata rivolta verso il borgo, è passata di proprietà dei monaci cistercensi delle Tre Fontane.

Nel 1635 l’architetto Giovanni Antonio De Rossi è stato incaricato dell’ampliamento dell’edificio religioso, insufficiente ad accogliere una popolazione costantemente in crescita. Parte delle mura sono state abbattute per cambiare l’orientamento della chiesa. La facciata è articolata in un corpo centrale a due ordini sovrapposti, è sormontata da un’imponente trabeazione e presenta un portale a timpano arcuato. La parte superiore è arricchita da un finestrone rettangolare, incorniciato da decorazioni in stucco.

L’interno presenta un’unica navata; su ogni lato ci sono tre altari e due cappelle. Sull’altare maggiore campeggia la grande pala di Francesco Cozza, rappresentante la Madonna in Gloria tra i Santi Pietro e Paolo; notiamo il timpano ricurvo con edicola in stucco che presenta una raggiera con colomba dello Spirito Santo. La prima cappella di destra è dedicata al Santo Rosario e custodisce un quadro della fine del XVIII secolo raffigurante la Madonna con Bambino e San Filippo Neri. Nella prima cappella di sinistra vi è la Crocifissione tra i Santi Antonio Abate e Antonio da Padova, attribuita a Giovanni Battista Gaulli detto il Baciccio. Nella seconda cappella di sinistra, decorata dal pittore genzanese Eugenio Cisterna nel 1886, è presente una Madonna su tela ovale tardo settecentesca.

L’edificio religioso conserva le Sante Tigri e Vincenza, protettrici di Genzano, traslate nel 1669 dalle Catacombe dei Santi Marcellino e Pietro, per volere della duchessa Livia Cesarini.