Das Tor wurde von Michelangelo entworfen und befindet sich am Ende der Via Pia, einer neuen Straße, und war ein Ersatz für die mehrere hundert Meter südlich gelegene und gleichzeitig geschlossene Porta Nomentana. Der Bau der Porta Pia begann 1551 und endete nach Michelangelos Tod 1956. Gianfederico Bonzagnas Gedenkbronzemedaille von 1561 zeigt Michelangelos ursprünglichen Plan, der sich stark von seinem endgültigen Entwurf unterschied. Nach seinem Tod wurde 1869 nach dem nep-klassizistischen Entwurf von Virginio Vespignani die Außenfassade der Stadt fertiggestellt. Für den Bau der Porta Pia gab es verschiedene Gründe. Das Hauptmotiv war jedoch, dass ein Ersatz für das neue Stadtgebiet benötigt wurde, das die alte Porta Nomentana für den Zugang zur Via Nomentana nicht bieten konnte.
Michelangelo war ein renommierter Designer und ein Freund des Papstes. Laut Vasari forderte der Papst Entwürfe für den Bau der Porta Pia. Michelangelo überreichte ihm drei Entwürfe, die wunderschön und präzise ausgeführt waren. Sie alle unterschieden sich jedoch in ihrem Aussehen und ihrer Extravaganz, und der Papst entschied sich für den einfachsten und billigsten Plan, der den Bau der aktuellen Porta Pia vorsehen würde. Die vom Papst getroffene Wahl konnte auf Details zurückgeführt werden, die für ihn bei den anderen beiden Entwürfen schwer zu verstehen waren. Es gibt jedoch keine Beweise dafür, dass der Entwurf genau so ausgeführt wurde, wie er auf dem Entwurf erschien, den der Papst ausgewählt hatte, da von den drei Zeichnungen keine Spuren vorhanden sind, außer bestimmten Details der Skizzen. Es wurden mehrere Änderungen am Aussehen des Tores vorgenommen, wie es auf der Gedenkmünze von 1561 und auf einem Stich von 1568 dargestellt ist, der die einzige Epochendokumentation darstellt. Das heutige Aussehen des Tores unterscheidet sich deutlich von seiner frühen Darstellung auf Münze und Stich.
Vierzig Jahre nachdem das Tor gebaut wurde, erschien es auf Karten von Rom fast ruinenhaft. Das auf der Münze abgebildete Design könnte dem ursprünglichen Plan nahe kommen. Es gibt jedoch zwei Faktoren, die das ursprüngliche Design verändert haben könnten. Der Papst brauchte ein einfaches Design, und dies hätte zu Veränderungen im Aussehen des Tors und zum Tod von Michelangelo geführt, bevor die Bauarbeiten abgeschlossen waren. Giacomo Del Duca, der auch die Porta San Giovanni erbaute, übernahm die Arbeit nach seinem Tod und dies könnte zur Änderung des ursprünglichen Entwurfs beigetragen haben. Laut verschiedenen Forschern war Michelangelos ursprüngliche Idee, malerische und dramatische Fassaden zu schaffen, die symbolisch für Roms Funktionen des Eingangs sein würden. Durch die Positionierung des Portals, das sich am Ende der Strada Pia befindet und die Route der alten Alta Semita wieder aufnimmt, wird das Tor stärker betont.
Es setzt sich dann bis zum XX Settembre fort und endet mit einer frontalen Aussicht am Beginn des Quirinals. Das Tor wurde strategisch leicht hinter den Mauerlinien gesetzt, die die beiden seitlichen schrägen Abschnitte der Mauer miteinander verbanden, hatte nur einen Bogen, wie es auf der Münze erscheint, und wurde von den Mauerenden des Tors überragt, wobei die Rückseite der Stadt zugewandt war. Das Äußere erschien nur als einfacher Fornix. Um 1575 wurde ein zweiter Bogen als Folge des zunehmenden Verkehrs geöffnet, der durch die Schließung der nahe gelegenen Porta Nomentana entstand. An der Außenseite des Tores befindet sich ein Turm, wie er auf den Stichen und Stichen bis 1577 abgebildet ist. Es ist jedoch zweifelhaft, ob dieser durch Reduzierung des gestalterischen Aufwands oder durch Einsturz verloren gegangen ist. Die Außenfassaden wurden 1869 von Virginio Vespignani fertiggestellt, der anscheinend von einem Stich von 1568 inspiriert worden war, dem ursprünglichen Plan von Michelangelo sehr genau zu folgen.
Nach einem Blitzschaden im Jahr 1851 umfassten die Restaurierungsarbeiten von 1853 einen neuen Innenhof und Gebäude. Nach dem Willen von Pius IX. beherbergt die neue Fassade zwei Statuen der Heiligen Alexander und Agnes, die der von vier Säulen eingefassten Stadtmauer entsprechen. Nachdem Papst während seines Besuchs am 12. April 1955 beim Einsturz des Audienzzimmers des Klosters Sant'Agnese vor der Gefahr geflohen war, brauchte er ein Denkmal. An der Außenseite über dem Bogen wurde eine Inschrift angebracht, die seine Flucht dokumentiert. Trotz der Tatsache, dass Michelangelo stirbt, bevor der Bau der Porta Pia abgeschlossen ist, kann sein Beitrag zum aktuellen Design nicht übersehen werden. Obwohl verschiedene Designer nach seinem Tod übernahmen, gab es nur wenige bemerkenswerte Änderungen, die gegenüber seinem ursprünglichen Entwurf vorgenommen wurden, und dies macht ihn zu einem großen Teil des Verdienstes beim Bau von Porta Pia.
