L'antica chiesa di Santa Maria de Cella, più volte ristrutturata nel corso del tempo (nel 1587, in occasione dello smantellamento di parte delle vicine mura scaligere, le monache avevano comperato uno dei torresini da utilizzare come materiale da costruzione per ingrandire la chiesa), fu demolita nel 1675 e ricostruita in forme barocche dall'architetto Guarino Guarini, quando questi soggiornò tra il 1672 e il 1680 a Vicenza presso i confratelli Teatini. La paternità dell'opera venne attribuita a Guarini solo nel 1965, dopo il ritrovamento da parte di Paolo Portoghesi di tre disegni nella Biblioteca Vaticana con pianta, prospetto e sezione della chiesa firmati dall'autore. La realizzazione invece sarebbe da attribuire a Carlo Borella, ritenuto fino a tale data il progettista dell'opera.

La facciata è arricchita da ben 15 statue che accrescono l'impressione di movimento; la maggior parte di esse è attribuita ai fratelli Orazio e Angelo Marinali; altre realizzate qualche decennio più tardi, sono attribuite a Giuseppe Cassetti.

L'elemento artistico più rilevante è l'altare maggiore in ricco stile barocco, opera marmorea di Tommaso Bezzi e risalente al 1696. Al suo interno si trova la pala attribuita a Pietro Liberi, rappresentante la Sibilla Tiburtina che indica all'imperatore Ottaviano Augusto la Vergine con il Bambino, apparsi per prodigio come destinatari dell'offerta fatta sull'altare pagano. La cornice del quadro è sorretta da tre angeli e circondata da un tendaggio marmoreo, aperto da altri quattro angeli con effetto teatrale.