W 1540 roku kompleks został wydzierżawiony przez Confraternita dei Falegnami. Bractwo to w 1546 roku nad dawnym więzieniem zbudowało kościół (prawdopodobnie drewniany) dedykowany patronowi bractwa św. Józefowi. Z czasem postanowiono wznieść okazalszą świątynię. Jej budowa rozpoczęła się w 1597 roku pod kierunkiem Giovanni Battista Montano, który w 1602 roku ukończył fasadę. Po jego śmierci w 1621 roku, kierownictwo nad budową przejął jego uczeń Giovanni Battista Soria. Od 1657 roku prace nadzorował Antonio del Grande, który ukończył budowę w 1663 roku. Nowa świątynia została konsekrowana 11 listopada 1663 roku. Oprócz samego kościoła zbudowano również oratorium, pomieszczenia administracyjne bractwa oraz kryptę nad dawnym więzieniem.
W 1836 roku miało miejsce odnowienie kościoła, wtedy też zainstalowano organy. Kolejna odnowa została przeprowadzona w 1863 roku, zbudowano wówczas nową apsydę. W latach trzydziestych XX wieku, w celu ułatwienia dostępu do Więzienia Mamertyńskiego, przebudowano zewnętrzne schody prowadzące do kościoła św. Józefa.