Fin dal secolo XIII culla della comunità bolognese dell'Ordine dei Carmelitani, la chiesa venne innalzata nella prima metà del '300 e fu dotata di volte in mattoni nel 1457 e di una nuova fronte verso la fine del sec. XV (poi riportata in forme gotiche nel 1879). Elegante e arioso l'interno, ravvivato da belle cappelle gentilizie rinascimentali ove sono custodite preziose opere pittoriche tra cui i dipinti di Francesco Francia, Amico Aspertini, Paolo Uccello, Lodovico Carracci, Lorenzo Costa, Girolamo da Carpi, Alessandro Tiarini e Girolamo da Sermoneta che eseguì la pala dell'altare maggiore con la Madonna in trono e Santi (1548).
Di eccezionale pregio per decorazioni e sonorità è l'organo cinquecentesco sulla destra del presbiterio e interessanti sono anche i chiostri e gli ambienti dell'attiguo ex-convento carmelitano. Sul sagrato si erge la colonna della Beata Vergine del Carmelo di Andrea Ferreri (1705).