È situata in largo Angelicum sul Quirinale nel rione Monti.
Fu eretta nel 1569, sull’antica chiesa Santa Maria a Magnanapoli, sotto la direzione di Giacomo Della Porta. Nel 1575 vi si trasferirono le monache di San Sisto sulla via Appia (da allora conosciuto come S. Sisto Vecchio), luogo infestato dalla malaria.
La costruzione venne proseguita a partire dal 1609 da Niccolò Torriani affiancato da Carlo Maderno e poi dal fratello Orazio Torriani.
Fu restaurata sotto Urbano VIII e terminata con la costruzione della scenografica facciata barocca, opera, al pari della scala d’accesso, di Vincenzo Della Greca.
La facciata a due ordini di lesene accoppiate, di aspetto scenografico per la posizione elevata, è ornata da nicchie con statue. Nelle due nicchie inferiori del prospetto sono situate due statue del Maderno raffiguranti San Tommaso d’Aquino e San Pietro Martire mentre nelle nicchie superiori, sono poste le statue dei santi titolari della chiesa, opere del Canini.
L'interno ricco di decorazioni di marmi policromi, presenta un'unica navata con volta a botte con un affresco prospettico raffigurante l’Apoteosi di san Domenico, opera secentesca di Domenico Maria Canuti e di Enrico Haffner, risulta ulteriormente impreziosito dal gruppo scultoreo del Noli me tangere di Antonio Raggi e da un pregevole altare maggiore realizzato su disegno di Gian Lorenzo Bernini.
A destra della chiesa vi è il convento domenicano che si sviluppa intorno ad un chiostro.