A igreja matriz e famoso Santuário Mariano Diocesano de Pulsano, centro da vida religiosa da comunidade, única paróquia da cidade e local de devoção dos santos padroeiros. Inaugurada em 1858, pouco fora das muralhas da cidade (atualmente já não existentes), a igreja matriz apresenta uma estrutura neoclássica de três naves com transepto terminando do lado direito em uma capela-mor e uma fachada em tufo em tons de ocre, com seis pilastras em estilo jônico e um frontão triangular com luneta interna.
Em 1959, a igreja foi atingida por um incêndio acidental, após o qual se procedeu à decoração das abóbadas com estuques coloridos imitando mármore, molduras de gesso e imagens circulares de santos feitas pelo artista tarantino Francesco Carrino.
Sobre o altar central de mármore original sobressai, dentro de uma nicho específico, a estátua da padroeira, a Nossa Senhora dos Mártires, em madeira dourada datada de pelo menos 1685. Ao lado do presbitério, à direita, encontra-se a capela dedicada ao outro padroeiro, São Trifone mártir; à esquerda, há uma grande reprodução da gruta de Lourdes realizada em 1933 por desejo do médico pulsanese Egidio Delli Ponti, após sua cura miraculosa de um tumor, cujos restos mortais repousam no início da nave esquerda. Nas paredes laterais são guardadas as imagens dos santos mais venerados do Salento, feitas em papel machê pelos mais famosos artistas lecceses do século XX, incluindo Luigi Guacci, Raffaele Caretta e os irmãos Gallucci. Em 1979, por vontade do então pároco, padre Franco Limongelli, foi acrescentado um campanário com 8 sinos e um relógio quadrifacial da empresa Giannattasio de Salerno. Em fevereiro de 1948, a igreja foi proclamada Santuário Mariano Diocesano pelo arcebispo tarantino Ferdinando Bernardi e desde então é destino de peregrinação durante as comemorações da Nossa Senhora de Lourdes (11 de fevereiro).
