A bazilika az azonos nevű utcában áll, és azon a helyen épült, ahol a legenda szerint az eredeti épületet Szent Heléna, Konstantin császár anyja emelte. A valóságban egy Ceresnek szentelt pogány templom romjai álltak a területen. Itt alapították a bazilita apácák, akik a 8. században Konstantinápolyból menekültek el Szent Gergely ereklyéivel, II. István nápolyi püspök utasítására a Fondaco di San Gregorio-t, amelyet később, 1225-ben a Szent Sebestyén és Szent Pantaleon kolostorokkal egyesítettek. A tridenti zsinat után az ellenreformáció szigorúbb szabályai miatt új épületet kellett építeni az apácák elhelyezésére. Ennek a "vándorlásnak" a bizonyítékaként maradt meg a két építményt összekötő híd, amely később harangtorony lett. 1574 és 1580 között Fulvia Caracciolo és Lucrezia néni érdeklődésének köszönhetően Vincenzo della Monica és Giovan Battista Cavagni kapta a megbízást az új templom és kolostor építésére, amelyet később, 1694-ben Francesco Antonio Picchetti bővített ki. A munkálatok végére a régi épületből csak a kerengőből megközelíthető Idria-kápolna maradt meg. A 18. században a templomot jellegzetes nápolyi barokk elemekkel, például stukkóval, márvánnyal és sárgarézzel gazdagították. Niccolò Tagliacozzi Canale építész, aki 1730 és 1750 között dolgozott az épületen, orgonával és két faragott fából készült kórusszékkel is felszerelte.A homlokzaton négy toszkán pilaszter található, három íves ablakkal, amelyek fölött eredetileg tympanon állt, amelyet később egy harmadik építészeti renddel helyettesítettek. A főportál a 16. század végéről származik, és a három szárny mindegyik rekeszében Szent Lőrinc, Szent István és az evangélisták domborműve látható. A kezdeti átriumon túl emléktáblák emlékeztetnek a templom felszentelésére (1579), a San Gregorio Armeno szentté avatására és IX. Pius 1849-es látogatására.
