Construit par Sigismondo Pandolfo Malatesta, souverain de Rimini de 1432 à 1468, le temple se dresse sur un site occupé par l'église Santa Maria in Trivio et à partir du XIIIe siècle par l'église San Francesco. Celle-ci était décorée de peintures qui ont maintenant été perdues, mis à part une crucifixion de Giotto, la seule œuvre de cet artiste de Rimini datant du début des années 1300. Près de l'église se trouvaient un monastère et un cimetière dans lequel plusieurs membres de la famille Malatesta ont été enterrés.

Avec le temple, jamais achevé de son vivant, Sigismondo a réussi son ambition de réunir ses reliques familiales en un seul lieu.

Les travaux du temple débutèrent en 1447 avec l'ouverture de deux chapelles sépulcrales pour Sigismondo et sa troisième épouse, Isotta degli Atti. Sigismondo a alors décidé de reconstruire l’église dans son intégralité, confiant le projet à Leone Battisti Alberti, qui s’inspirait des traditions romaines, comme en témoignent la façade et les murs latéraux, qui rappellent l’Arc d’Auguste et le Pont de Tibère. L'élégance de l'extérieur était complétée par une riche décoration intérieure. Matteo dei Pasti et Agostino di Duccio ont travaillé avec une sensibilité presque picturale sur les revêtements en marbre des six chapelles latérales.

Les décors peuvent être interprétés de nombreuses manières, de la célébration de l'amour de Sigismondo et Isotta aux thèmes philosophiques, mais ce qui ressort avant tout est la personnalité de Sigismondo, vue à genoux devant St Sigismond dans une fresque de Piero della Francesca, et également dominante dans la représentation de Rimini dans la Chapelle des Planètes, au-dessus de laquelle se trouve le signe du Cancer, le propre signe du zodiaque de Sigismondo.