Il santuario dei Martiri è la parte più rilevante, artisticamente e storicamente, della cripta della cattedrale di Cagliari. Nel santuario, interessante opera in cui sono riassunti elementi architettonici e artistici del Rinascimento, del barocco e del neoclassicismo, si trovano le reliquie di innumerevoli presunti martiri e i sepolcri di personaggi di Casa Savoia. Si accede al santuario dall'interno della cattedrale di Santa Maria, ubicata in piazza Palazzo, nel quartiere storico Castello.

Il santuario dei Martiri è così chiamato perché al suo interno sono collocate 179 nicchie contenenti le reliquie dei martiri cagliaritani rinvenuti nel corso degli scavi, voluti dall'arcivescovo Francisco de Esquivel nel corso del XVII secolo, nei pressi della basilica di San Saturnino, del vicino complesso paleocristiano di San Lucifero e di altre chiese della città. Il ritrovamento delle reliquie dei martiri determinò nel 1615 la ristrutturazione della chiesa per volontà dello stesso arcivescovo de Esquivel per accogliere le reliquie.

Il santuario, scavato nella roccia, ha volte a botte ribassate e decorazioni in stile barocco. Comprende l'area sottostante il presbiterio e il coro della cattedrale. Fu inaugurato il 27 novembre 1618.

Consta di una scala di accesso e di tre cappelle intercomunicanti tutte rivestite di marmo. Contiene complessivamente 179 nicchiette disposte nelle pareti delle tre cappelle Sopra ogni nicchietta vi è una formella in marmo a bassorilievo del santo con il relativo nome ed i simboli del martirio. Le decorazioni scultoree furono cominciate da maestranze siciliane e portate a termine da Antonio Zelpi e da Monsterrat Carena. Le volte nei tre ambienti sono decorate a rosoni con punte di diamante in rilievo.