La metà del Seicento rappresentò per Mesagne un periodo di grandi trasformazioni urbanistiche. L'arte barocca, tipica del periodo, trovò nella chiesa matrice una delle sue prime espressioni. Edificata tra 1649 e 1660, prese il posto di una preesistente chiesa bizantina, dedicata a San Nicola Vetere, di cui rimane traccia nella cripta posta sotto l'altare maggiore. Il nuovo edificio, dedicato a Tutti i Santi, venne realizzato su progetto del celebre architetto Francesco Capodieci. La facciata si articola su tre ordini, scanditi da nicchie, con le figure degli apostoli, e da lunghe lesene che ne accentuano il senso di verticalità. Il portale, parte dell'originale cinquecentesco, è sormontato da S. Eleuterio, primo protettore della città, Corebo e Antea. Sull'ordine superiore si collocano un bassorilievo raffigurante la Madonna del Carmine e lo stemma civico, mentre il timpano è coronato da figure angeliche. L'interno della chiesa, a croce latina con un'unica navata, fu interamente ricostruito nella seconda metà del Settecento. Splendidi altari sfilano lungo le pareti laterali, ognuno impreziosito da tele di inestimabile valore. Artefici delle numerose opere furono artisti di scuola napoletana e pittori e scultori locali. Tra le tele di maggior pregio l'Assunzione di Saverio Lillo da Ruffano, la Madonna del Carmine del napoletano Giuseppe Bonito e l'Adorazione dei pastori di Gian Pietro Zullo, Andrea Cunavi e Domenico Pinca. Un pregevole organo a canne troneggia sulla cantoria, opera dell'indiscusso maestro Tommaso Mauro, di Muro Leccese.