Za papieża Grzegorza V stary tytuł Santa Maria Antiqua został ostatecznie przeniesiony na oratorium św. Piotra i Pawła, które odtąd było znane jako Santa Maria Nova. Również za pontyfikatu tego papieża do kościoła zostały przeniesione z podmiejskich katakumb relikwie kilku męczenników. Dawna kaplica została przebudowana na kościół między 847 a 996 rokiem.
Kompleks został przekazany kanonikom regularnym Kongregacji św. Frygidiana z Lukki ok. 1140. Pozostawali oni w jego posiadaniu do 1352, gdy przekazano go benedyktynom z Kongregacji Monte Oliveto (oliwetów).
Za papieża Aleksandra III przeprowadzono renowację kościoła i wybudowano dzwonnicę. Kościół został ponownie konsekrowany w 1161 roku.
W 1352 roku przy kościele założono klasztor oliwetów. W bazylice została pochowana Franciszka Rzymianka, której kanonizacja w 1609 roku dała impuls do przebudowy świątyni. W 1615 roku dodano nową fasadę projektu Carlo Lombardi, który również nadzorował przebudowę wnętrza. Dodano również drewniany sufit oraz zbudowano konfesję, w której w 1638 roku umieszczono relikwie św. Franciszki Rzymianki. W rezultacie kościół uzyskał nową dedykację.