Fu eretta nel 1742 dal cardinale Camillo Cybo, titolare della chiesa, per conservare le Reliquie dei Martiri collegati alla storia della costruzione delle Terme. Tra le altre, anche quelle di San Ciriaco, Largo, Smaragdo e Massimo, centurione romano. A queste, il cardinale Cybo unì quelle dei quattro Dottori della Chiesa (Girolamo, Ambrogio, Agostino, Gregorio) che conservava nel suo palazzo.

Le decorazioni della cappella sono opera di Nicola Ricciolini (1687-1760), allievo del Maratta ed autore, nella stessa chiesa, dei dipinti posti nelle mezzelune ai lati dei finestroni del transetto.