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.

La basilica superiore è a navata unica voltata a botte, sulla quale si affacciano due cappelle semicircolari. Conclude l’edificio un presbiterio rialzato che ospita l’altare col venerato simulacro della Vergine dei martiri, che la tradizione racconta sia stata fabbricata con la polvere di ossa rinvenute nelle catacombe romane di Lucina. La chiesa è chiusa da una cupola ottagonale, mentre la sua fastosa decorazione scultorea è arricchita dalle pitture di Pietro Antonio Are e suo figlio Gregorio. Altrettanto sontuoso è il santuario sotterraneo, la cripta di sant’Efisio e san Gregorio magno, considerati padri della fede in Barbagia. È articolata in due ambienti, entrambi rettangolari e voltati a botte: nel vestibolo cinque nicchie su ogni lato ospitano effigi di santi legati alla tradizione francescana; nel santuario vero e proprio si ammirano la rigogliosa decorazione a stucco policroma e le tempere degli Are sulla volta. Il complesso comprende anche l’oratorio di san Michele arcangelo, eretto nel 1759, anch’esso in stile rococò, su modelli lombardi, il convento, che conserva una preziosa collezione di dipinti sei-settecenteschi, e l’oasi di ospitalità francescana. Tutti gli edifici, ancora oggi officiati dai frati minori osservanti, sono prospicienti su un ampio piazzale delimitato da cumbessias, alloggi in passato destinati ai novenanti e ai pellegrini durante le feste religiose, tra le quali quella della Madonna dei martiri, a inizio giugno, è di gran lunga la più sentita a Fonni. Durante la processione, il suono dei suggestivi gosos (canti sacri in sardo), sgargianti abiti tradizionali femminili e i cavalieri de s’Istangiatu – protagonisti anche di altre feste religiose e del palio dei Comuni, a inizio agosto - accompagnano il simulacro della Vergine. La festa affonda le radici nel XVII secolo, durante la colonizzazione spagnola, mentre di epoca bizantina restano la chiesa di san Cristoforo, in campagna, e quella distrutta, di san Michele.