Sul braccio destro del transetto, la meridiana ideata dal papa Clemente XI che la commissionò a Francesco Bianchini per il Giubileo del 1700.

Il transetto è posto nell'antico frigidarium delle Terme di Diocleziano. In seguito subì varie ristrutturazioni, sia da Michelangelo, sia da Jacopo Del Duca che da Vanvitelli. Ciascuno dei tre artisti rispettò la struttura originaria della costruzione romana, tra cui le dimensioni originali: l'altezza delle volte a crociera è di 29 metri e le colonne, compresa la base del capitello e la trabeazione

Con bolla del 27 luglio 1561 papa Pio IV Medici dispose la trasformazione delle Terme di Diocleziano nella Chiesa e nella Certosa di Santa Maria degli Angeli. Il lavoro fu affidato a Michelangelo, ormai ottantaseienne, che realizzò la Chiesa, suggerendo probabilmente l’impianto generale della Certosa e il disegno del Chiostro grande. 

Nella chiesa sono sepolti Salvator Rosa, Carlo Maratta, Armando Diaz, Paolo Thaon di Revel, Vittorio Emanuele Orlando e il papa Pio IV. Attualmente è spesso usata per funerali di stato o di personaggi dell'Esercito Italiano. La Basilica è stata la cornice del matrimonio di Vittorio Emanuele III di Savoia re d'Italia (ancora principe ereditario all'epoca delle nozze) e della principessa Elena del Montenegro, figlia del re Nicola del Montenegro. Nell'annesso monastero dei Certosini, anch'esso ricavato dalle terme di Diocleziano, è stata sistemata una delle sezioni del Museo nazionale romano.

Con l'Unità d'Italia vennero allontanati i padri certosini dalla chiesa e dal relativo monastero; in un primo momento la zona claustrale fu lasciata ai militari, indi ai frati di Francesco da Paola e infine al clero diocesano. Con le nozze di Vittorio Emanuele III questa basilica divenne chiesa di Stato, rango che conserva tuttora. Il 20 luglio 1920 il papa Benedetto XV elevò la chiesa a basilica minore.

Il nome ufficiale della basilica è Santa Maria degli Angeli e dei Martiri.
Fu Papa Pio IV che decise nel 1561 di installare questa chiesa nell’imponente Tepidarium, e nel corpo centrale delle Terme di Diocleziano. È la chiesa dove si svolgono le cerimonie ufficiali della Repubblica Italiana.