La basilica di Santa Maria dei Martiri situata nel centro abitato di Fonni si affaccia su un ampio piazzale, la cui conformazione architettonica risale al 1982, e comprende pavimentazione composta da cubetti di porfido, e illuminazione garantita da cinque riflettori, e dieci lampioni in ghisa.
A questo periodo risale anche l’ampliamento della gradita prospiciente l’ingresso alla chiesa, e realizzazione di due aiuole e tre rotonde per accogliervi gli alberi.
Il complesso religioso gestito dai Minori Osservanti comprende oltre al tempio sacro, anche il convento e l’oratorio di San Michele, ciascuno costruito in un differente periodo storico.
quest’ultimo costruito tra il 1708 e il 1710
Accanto all’arco d’ingresso del piazzale della basilica, si erge il piccolo oratorio a pianta centrale costruito tra il 1708 e il 1710 su commissione di padre Pirella, e decorato al suo interno da preziosi dipinti, ad opera degli artisti Antonio Todde, Giuseppe Lopez, e Pietro Antonio Are.
Peculiare è il dipinto a tempera della cupola del sacello raffigurante la Trinità e l’episodio religioso in cui San Michele uccide il drago che personifica Satana, dalla cui bocca fuoriesce un cartiglio che recita “Svpra astra dei exaltabo solivm mevm” (Isaia 14, 13)
Il convento e l’antica chiesa dedicata alla Santissima Trinità, vennero costruiti tra il 1610 e il 1633 su un sito ubicato nel rione Logotza, donato da don Stefano Melis, al padre francescano Giorgio d'Acillara, il cui stemma gentilizio è tutt’ora ammirabile sul portale centrale della facciata.
L’originario impianto comprendeva una sola navata coperta da volte a botte, contraddistinta su ciascun lato da tre cappelle, e presbiterio sopraelevato con annesso convento francescano, a pianta quadrilatera comprendente una serie di celle abitate dai monaci, rivolte sul chiostro, al centro del quale di erge il tipico pozzo.
Al periodo compreso tra il 1702 e il 1706 risale la basilica che noi tutti oggi possiamo ammirare,
costruita per iniziativa di padre Pacifico Guiso Pirella di Nuoro, e ad opera dell’architetto Giuseppe Quallio coadiuvato da Giovanni Battista Corbellini, Ambrogio Mutoni e Giovan Battista Reti.
Dell’originario impianto si conserva la seicentesca navata centrale, il presbiterio, la sagrestia, e le cappelle dedicate rispettivamente all'Immacolata Concezione, all'Agonia, al Crocifisso, al Sacro Cuore, e a Sant’Antonio di Padova.
Il prospetto principale assume una conformazione artistica e architettonica davvero lineare, come si addice ad una chiesa francescana, interrotta solamente dal portale d’ingresso con arco in trachite, e rosone sovrastante; esternamente svetta maestosa anche, la torre campanaria realizzata tra il 1924 e il 1925.
La basilica comprende una navata centrale coperta con volta a botte sulla quale si affacciano due cappelle semicircolari, all’incrocio delle quali, su un alto tamburo, insiste la cupola ottagonale. Conclude la struttura il presbiterio rialzato dov’è accolto l'altare della Madonna dei Martiri.
Al progetto di padre Pacifico Guiso Pirella era allegata anche l’autorizzazione alla realizzazione di un santuario sotterraneo dedicato a Sant'Efisio e a San Gregorio Magno, Padri della fede dei Barbaricini, articolato su due ambienti anticamente divisi da un'inferriata, quali il vestibolo ed il luogo sacro.
Il primo vano sviluppato su un impianto rettangolare coperto da volta a botte, accoglie cinque nicchie per lato, entro cui sono ospitati gli altrettanti busti di Santi legati alla tradizione francescana, mentre il secondo ambiente anch’esso a pianta rettangolare e volta a botte, ospita numerosi altari e simulacri in stucco policromo, opera del Mutoni e del Corbellino.