En el siglo XVII la Confraria de Nostra Dona Santa Maria dels Ignoscens e dels  Desamparats se propone la construcción de una capilla dedicada a la Virgen. Aunque la necesidad se valoraba desde tiempo atrás, es en este momento cuando se toma la decisión de que fuera una realidad. Hasta entonces la imagen se veneraba en la sala del antiguo Hospital de Inocentes donde se celebraban los capítulos de la Cofradía, con altares domésticos en las casas de los clavarios y en la pequeña capilla exterior, cerrada con una verja, situada en uno de los arcos de la obra nova de la catedral..

El momento era propicio consecuencia de la creciente devoción a esta imagen de María y a la popularidad en Valencia de la actividad benéfico-social que había adquirido su Cofradía. Ayudó también la histórica visita a Valencia del rey Felipe IV que constató la necesidad de que la capilla que la albergaba fuera de mayor tamaño. También la gran epidemia de peste del año 1647, que solo en la ciudad de Valencia ocasionó la muerte de más de 18.000 personas, hizo aumentar las plegarias a la Virgen y el deseo de mejorar el recinto cedido para su veneración. 

Era un tiempo de crisis general europea, de decadencia, acrecentada en el Reino de Valencia por la reciente expulsión de los moriscos, de una población laboriosa y austera, que ocasionó una gran merma demográfica y económica. Sin embargo, los distintos virreyes, queriendo evitar posibles levantamientos contra la Corona apoyaron este deseo ya calado en el pueblo. 

Todas estas circunstancias llevaron a la Real Cofradía a proponer en Junta General de 10 de abril de 1644 la edificación de un nuevo templo. El acta de dicha fecha expresa la necesidad de erigir una capilla con mayor capacidad. Una capilla cerrada, para proteger del polvo a la imagen y sus objetos de adorno. Pero, sobre todo, se argumenta extensamente su ubicación en las casas del arcediano mayor de la catedral por estar en la misma Plaza de la Seo y ser el emplazamiento más apropiado desde el punto de vista devocional, popular y económico, ya que sería de gran ayuda para restituir el dinero de donativos invertido en la construcción.

Fueron 120 cofrades los que aceptaron este emplazamiento en contra de 20 cofrades que votaron porque estuviera en el Hospital General, donde residía la Cofradía.  A partir de esta fecha los acontecimientos vinieron rodados. El proyecto se eligió entre otros presentados, avalado por el virrey conde de Oropesa. Su autor, el joven Diego Martínez Ponce, fue también el maestro de obras. Realizó una edificación de estilo tardo-renacentista, muy original por su planta oval, muy austera, equilibrada y apenas decorada. La influencia barroca estaba ya presente y se manifiesta en la planta que deja de ser circular, propia del renacimiento y se convierte en oval, orientada hacia un importante altar mayor. Esta característica le otorgó una singularidad que se convertirá en inalterable a lo largo del tiempo. 

La primera piedra se colocó en 1652. Había un gran impulso en ese momento que ayudó a sufragar los gastos, ayudas provenientes no solo del ámbito religioso, sino también social. Especialmente los pueblos de la huerta afrontaron este reto colaborando con la cría de gusanos de seda, cuyos capullos se vendían al emergente gremio de los velluters.  

La primera actuación arquitectónica fue la apertura de zanjas, tuvieron que ahondar mucho en el terreno hasta encontrar suelo idóneo, hasta 16 palmos valencianos. Lo que permitió salieran a la luz abundantes restos arqueológicos romanos, todos ellos referidos y compendiados en la obra Lithología o explicación de las piedras y otras Antigüedades halladas en las zanjas que se abrieron para los fundamentos de la capilla de Nuestra Señora de los Desamparados, escrito por el dominico José Vicente del Olmo.

Y aunque en dos ocasiones las obras tuvieron que pararse por la falta de financiación, la capilla pudo alzarse tras 15 años de trabajos. Desde aquel tiempo hasta la actualidad la capilla se ha ido ampliando y trasformando una y otra vez, adquiriendo un estilo cambiante en estos 380 años: en los primeros tiempos con la adquisición de solares adyacentes tuvo distintas ampliaciones hasta formar el conjunto actual de templo y otros espacios y dependencias. También vivió cambios decorativos tanto en su fachada como en el interior. Se construyó el camarín y la “coveta”. La vivienda del capellán mayor, en origen, junto con el primitivo camarín, se convierten tras pocas décadas en el espacio que alberga en la actualidad la sacristía. Donde estaba ubicada la sacristía originariamente encontramos la capilla de la comunión hoy en día. La nueva cúpula con la pintura mural de Antonio Palomino y la gran reforma clasicista del siglo XVIII fueron, sin duda, las grandes transformaciones sobre todo en lo decorativo.

Las adaptaciones a las nuevas necesidades, a los diferentes gustos en las diferentes etapas históricas, el mantenimiento del edificio y su conservación han sido una constante en la vida de esta Capilla, de este templo que es Real Basílica desde 1948 y Monumento Histórico Artístico Nacional desde 1981 

Ese día de abril, hace 380 años, la Real Cofradía puso en manos de Francisco Roca, Vicente Vallterra, Carlos Juan, Arnaldo Llansol de Romaní señor de Gilet, Jerony Ferrer doctor en drets y Miguel de Robles también doctor en drets, los poderes para que solicitaran al arzobispo, arcediano y canónigos la casa y sitio para la construcción de la nueva capilla: una casa que no solo sería de la Virgen de los Desamparados, sino de todos los valencianos.