La chiesa di Santa Lucia fu voluta dal Papa Sisto V, nativo di Grottammare, proprio sul luogo dove sorgeva la modesta abitazione della sua famiglia (famiglia Peretti) e fu dedicata alla patrona del suo giorno natale. Per far spazio alla nuova costruzione vennero abbattute numerose casupole.
Il progetto iniziale venne affidato a Domenico Fontana, che era stato il progettista delle imponenti realizzazioni romane di Sisto V, e la costruzione venne avviata nell’aprile del 1590, ma dopo la morte del papa, nell’agosto dello stesso anno, il Fontana venne esonerato dall’incarico e i lavori si interruppero.
I lavori vennero ripresi poi da Camilla Peretti, sorella del defunto pontefice, come testimoniato dalla scritta posta sull’architrave del portale d’ingresso. Molto probabilmente la chiesa venne costruita seguendo un progetto diverso da quello originario e venne terminata forse nel 1595, come fa supporre la data inpressa sulle due campane destinate alla chiesa. Nel 1597 la chiesa era certamente terminata perché venne elevata a collegiata dal Papa Clemente VIII.
La facciata, orientata a est, si apre su una stretta piazza che insiste su tre archi, che fungono da sostegno, al di sotto dei quali si trovano dei lavatoi. Presenta uno stile sobrio ed essenziale, ispirato ai principi rigoristi dell’architettura tridentina. La struttura è un massiccio corpo squadrato dal quale emergono il tamburo ottagonale, che nasconde la cupola, e il campanile in laterizio, con due campane, a tre archi sovrapposti e coronamento curvilineo.
La facciata presenta un paramento murario in laterizio, di colore uniforme, arricchito da elementi decorativi in travertino, come il cornicione di coronamento in pietra dentellata e la fascia marcapiano. È scandita verticalmente da quattro paraste che determinano tre partiture ed è caratterizzata dall’imponente portale d’ingresso con mostra in travertino, sormontato da un timpano curvilineo spezzato che presentava al centro lo stemma della famiglia Peretti, oggi all’interno della chiesa. Sopra il portale è collocato lo stemma papale di Sisto V: il leone rampante che stringe un ramo di pero, sormontato dai simboli papali delle chiavi decussate e della tiara.
L’interno è a pianta quadrata con croce greca inscritta. Lo spazio quadrangolare centrale è delimitato da quattro pilastri sui quali poggiano gli archi di sostegno della cupola e individuano quattro cappelle, sormontate da matronei balaustrati. I due matronei ai lati dell’ingresso comunicano con la cantoria lignea, sopra il portale, dove si trova un organo, costruito nel 1752 da Francesco Fedeli, restaurato nel 2002. L’altare maggiore è costituito da un pannello ligneo dipinto con motivi architettonici illusionistici in modo da creare un effetto prospettico. Inserita in questa cornice è la pala d’altare raffigurante il Martirio di Santa Lucia, olio su tela del XVII secolo. Nelle quattro cappelle della chiesa sono collocati altrettanti altari minori, in stile tardo barocco, collocati nella chiesa nel corso del XVIII secolo. Nella prima cappella a sinistra dell’ingresso, eretta nel 1731 da A. Fraccagnani, F. Palmaroli e F. Ottaviani, è collocato l’altare ligneo dedicato a San Francesco di Paola, con tela del XVII secolo raffigurante il santo. Subito dopo questo altare si trova la tela raffigurante l’Annunciazione, risalente al XVII secolo, poi l’altare di San Giuseppe, con statua lignea del santo, commissionato da Angelo Marconi nel 1754. Subito dopo l’altare principale si incontra la cappella elevata dalla famiglia Ottaviani nel 1754: ospita l’altare dedicato a San Nicola da Tolentino, corredato da una pala raffigurante la Madonna con Bambino, San Nicola e anime del Purgatorio. Lungo la parete destra della chiesa, è posta una tela del XVII secolo, raffigurante la Discesa dello Spirito Santo. A destra, rispetto all’ingresso principale, si trova l’altare in scagliola dedicato a San Vincenzo Ferreri, commissionato da Pietro Ravenna nel XVIII secolo e corredato da una tela raffigurante la Madonna con San Vincenzo Ferreri, recentemente attribuita al pittore fermano Ubaldo Ricci.