Under pave Innocens X (1644–55) begynte en omfattende ombygning av kirken. Hans familie, Pamphilj, satt på eiendommen til venstre for kirken som han ønsket som sin gravkirke. Grunnsteinen til den nåværende kirke ble nedlagt 15. august 1652. Arkitekten Girolamo Rainaldi planla å oppføre en åttekantet bygning med en mektig forhall og en temmelig lav kuppel. I juli 1653 stanset prosjektet på grunn av meningsforskjeller mellom paven og Camillo Pamphilj, som hadde utnevnt Girolamo Rainaldis sønn Carlo Rainaldi til sjef for byggingen. Mot pavens vilje aktet Camillo Pamphilj å utvide kirkens fritrapp. Det hele sluttet med at paven bad Francesco Borromini om å fortsette bygget. Borromini endret de tidligere tegningene. I stedet for en forhall formgav han en konkav fasade, gav kuppelen en høy tambur og omgestaltet interiøret. Fasadens balustrade har til høyre en statue forestillende St Agnes, men ingen til venstre.