19 maja 1867 roku arcybiskup Andrea Charvaz w obecności burmistrza Andrei Podestà i tłumu wiernych poświęcił kamień węgielny. Po śmierci architekta Cervetto nadzór nad budową przejął Maurizio Dufour. Gdy nowym arcybiskupem Genui został Salvatore Magnasco, roboty budowlane uległy przyspieszeniu. 27 kwietnia 1873 roku nowa świątynia została otwarta, choć jej wnętrze nie było jeszcze udekorowane. W tym samym roku dobudowano do niej dzwonnicę. W 1882 roku została zbudowana kopuła, zwieńczona posągiem Niepokalanej, ze złoconego brązu, wykonanym przez Giuseppe Pellasa według modelu Giovanniego Scanziego. Kościół Santa Maria Immacolata stał się pierwszym kościołem na świecie, poświęconym Niepokalanemu Poczęciu. W 1879 roku przy kościele erygowano parafię, w 1880 papież Leon XIII założył przy nim opactwo. W 1894 roku świątynia otrzymała tytuł honorowy collegiata ad instar. 25 stycznia 1905 roku podniesiona została do godności bazyliki mniejszej.
W listopadzie 1942 roku i sierpniu 1943 kościół poniósł znaczne szkody w wyniku bombardowań.