Ostatecznie dziewczyna została oskarżona o praktyki magiczne i skazana na śmierć przez poderżnięcie gardła. W podziemiach kościoła jest jeszcze widoczna cela dawnego stadionu Domicjana w której odkopano kaplice z marmurowym reliefem Alessandra Algardiego z 1653 roku, przedstawiającym Agnieszkę wleczoną na męczeńską śmierć.
Miejsce to stało się w kolejnych stuleciach centrum pielgrzymek. Zbudowano tu oratorium, przekształcone w 1123 roku przez papieża Kaliksta II w niewielką bazylikę, która przypuszczalnie przetrwała w niezmienionej formie do 1575 roku, kiedy opisał ją Pompeo Ugonio. Fasada świątyni i główne wejście do niej znajdowały się od strony obecnej ulicy Via dell’Anima, gdzie według podań znajdowało się miejsce śmierci Świętej Agnieszki, określane mianem Agone. W połowie XV wieku do Rzymu przeprowadziła się część rodziny Pamphili, nabywając działkę przy Via dell’Anima, przy której zbudowała dom. Kardynał Giovanni Battista Pamphili polecił w 1634 roku przebudowanie domu na reprezentacyjny pałac kardynalski. Kiedy 15 września 1644 roku został papieżem, podjął konkretne plany dotyczące zabudowy Piazza Navona.