I padri francescani s’insediarono in Barbagia a inizio XVII secolo nel quartiere Logotza, la parte meridionale dell’attuale abitato di Fonni, borgo a circa mille metri d’altitudine. Su terre donate loro nel 1610 dal benefattore Stefano Melis costruirono una chiesa dedicata alla santissima Trinità e un convento. Entrambi avevano architettura molto semplice, tipica dei seguaci del Poverello: la prima con aula mononavata voltata a botte, con tre cappelle per lato, il secondo con al centro un pozzo e attorno il quadrilatero del chiostro. Nel 1702 per iniziativa di padre Pacifico Guiso, i frati avviarono i lavori per un nuovo santuario, innestato sulla preesistente chiesa e dedicato alla Vergine dei Martiri. L’ambizioso progetto, che prevedeva un santuario superiore e una cripta sottostante, fu affidato a capimastri e maestranze milanesi (e terminato quattro anni più tardi). A loro si deve il ‘linguaggio’ artistico fiorito ed esuberante, allora in voga nelle capitali europee.