Gioiello architettonico di età normanna, fu eretta nel 1143 per volere di Giorgio d'Antiochia, ammiraglio di Ruggero II; nel 1433 venne ceduta al vicino monastero benedettino, fondato nel 1194 da Eloisa Martorana, da cui la chiesa prese il nome. Più volte ampliata e rimaneggiata, prospetta su piazza Bellini la facciata barocca, conseguente alle trasformazioni del sec. XVI-XVII. Della costruzione originaria sono visibili dalla piazza l'elegantissimo campanile**, aperto da arcate ogivali e tre ordini di grandi bifore, e il corpo squadrato della chiesa, sormontato da cupoletta emisferica su tamburo ottagonale. L'interno** originariamente era costituito da un corpo quadrato, diviso a croce greca da quattro colonne sorreggenti la cupola e con tre absidi; lo precedeva un portico di unione al campanile, distrutto nel '600 e sostituito da una serie di campate su colonne, con volte affrescate nel '700. Sulla fronte del corpo originario sono due mosaici: a destra, Ruggero II incoronato da Gesù; a sinistra, Giorgio d'Antiochia ai piedi di Maria. La chiesa propriamente detta ha la parte alta delle pareti, i sottarchi, gli arconi e la cupola splendenti di mosaici** che si collegano alla tradizione del più puro stile bizantino e che costituiscono, insieme a quelli della Cappella Palatina, il più antico ciclo musivo della Sicilia. Lo schema iconografico e la distribuzione dei mosaici riprendono i canoni più ortodossi dell'arte bizantina, con la figura centrale del Pantocratore circondata da arcangeli, profeti, evangelisti, apostoli e santi; si notino anche i mosaici con la Natività di Gesù, il Transito di Maria, l'Annunciazione e la Presentazione al Tempio. Transenne a mosaico precedono le absidi; il pavimento a intarsi marmorei e mosaici, restaurato, è quello originale. Nell'absidiola destra, tavola tardobizantina di scuola cretese (sec. XVI); sostituisce l'abside originaria, distrutta nel 1693, una cappella barocca a tarsie marmoree che mostra, sopra il tabernacolo in lapislazzuli, una tavola di Vincenzo da Pavia (1533) raffigurante l'Ascensione della Vergine. Nel 1° portale a destra, del sec. IX e qui collocato nel 1599, le imposte lignee intagliate del sec. XII sono opera di maestranze arabe.