La chiesa presenta una facciata divisa in due parti una inferiore scandita da due lesene che tripartisce la struttura. È presente solo il portale principale, mentre lungo le pareti laterali si aprono due nicchie. La parte superiore è spezzata da un’architrave orizzontale. Anche questa parte è tripartita e la porzione centrale presenta una trifora sormontata un timpano. L’interno è dotata di un dipinto della Madonna dei Martiri che la tradizione vuole trasportata dai Crociati sul finire del XII secolo. Degno di nota nella porzione a destra dell’altare maggiore la presenza di una piccola costruzione realizzata con 62 pietre, verosimilmente trasportate direttamente dalla Terra Santa, e che nella forma hanno voluto ricreare in piccolo il Santo Sepolcro di Gerusalemme. Accanto alla chiesa era presente un edificio utilizzato per ospitare i numerosi pellegrini giunti in Puglia e di passaggio a Molfetta durante i loro viaggi per l’Oriente e Gerusalemme.

Un primo sacello fu costruito in età paleocristiana di cui sono visibili strutture e mosaici. A questo seguì una chiesa rupestre del VII-VIII secolo. Nell'XI secolo si costruì la chiesa pre-romanica accanto all'ospedale oggi impropriamente chiamato dei Crociati. Nel XIX secolo ci furono notevoli cambiamenti che modificarono l’assetto della chiesa di epoca medievale.