Ten znajdujący się przy via del Corso przybytek swoje wezwanie zawdzięcza kardynałowi i nepotowi papieża Piusa IV – św. Karolowi Boromeuszowi, który w 1610 roku został wyniesiony na ołtarze. Ale zanim to się stało, kościół poświęcony był innemu świętemu – biskupowi Mediolanu, Ambrożemu. W tym miejscu istniał bowiem już wcześniej, należący do gminy Lombardczyków, kościół, który przebudowano na początku XVI wieku. Gdy Karol Boromeusz został świętym, Bractwo Lombardczyków postanowiło rozbudować świątynię, poświęcając ją równocześnie dwóm znakomitym synom Mediolanu (pełne wezwanie świątyni to po włosku Santi Ambrogio e Carlo). Projektantem nowego kościoła, którego przebudowę rozpoczęto w 1612 roku, był osławiony awanturniczym życiem kompan Caravaggia – Onorio Longhi. Po jego śmierci w 1619 roku prace nad kościołem przejął jego syn Martino Longhi (Młodszy) – potomek wielopokoleniowej rodziny budowniczych przybyłych do Rzymu z Lombardii. Architekta wspomagali inni znakomici koledzy po fachu – Francesco Borromini i Pietro da Cortona. Ten ostatni był też twórcą powstałej w 1668 roku kopuły, a także kimś, kto zarządzał pracującymi w kościele malarzami, rzeźbiarzami i sztukatorami. Fasadę kościoła stworzono dwadzieścia lat później. Jej autorem był, o dziwo, kardynał Luigi Alessandro Omodei, po tym jak odrzucono projekt renomowanego rzymskiego architekta Carlo Rainaldiego. 

Dekoracja wnętrza ciągnęła się natomiast jeszcze przez cały XVIII wiek. Świetliste i przestronne, ma kształt krzyża łacińskiego, na którego centralnym punktem wznosi się wysmukła, rozświetlona kopuła. Główny fresk sklepienia, autorstwa Giacinto Brandiego, ukazuje Upadek zbuntowanych aniołów i można mniemać, że wieszczy los odszczepieńców w wierze, czyli zwolenników reformacji. Dziełem Brandiego jest także bardzo udany fresk w zwieńczeniu absydy ukazujący scenę Procesji Świętego Krzyża, w której bierze udział zasłużony w krzewieniu wiary i dobroczynności Karol Boromeusz. W nawach bocznych i w prezbiterium ujrzymy natomiast alegorie cnót, malowidła stworzone przez różnych drugorzędnych rzymskich freskantów. Ołtarz główny zdobi z kolei obraz ukazujący glorię świętych patronów kościoła (Karola Boromeusza i Ambrożego), w towarzystwie Marii Dziewicy oddających cześć Chrystusowi, jedno z najważniejszych dzieł Carlo Marattiego.  Po drugiej stronie ołtarza (w obejściu) znajduje się natomiast mały ołtarz z relikwią przywiezionego z Mediolanu serca św. Karola Boromeusza. Jego otoczenie udekorowano jak rokokowy salon malowidłami i sztukateriami.  W obejściu znajdują się również monumentalne figury świętych oraz ciekawy, klasycystyczny nagrobek klasycystycznego rzeźbiarza Francesco Righettiego.

Należy ponadto zwrócić uwagę na znajdującą się u końca transeptu kaplicę (po prawej). Poświęcona jest tematowi Niepokalanego Poczęcia. Wykonana z kolorowego marmuru i brązu, została ozdobiona mozaiką będącą kopią obrazu Carla Marattiego znajdującego się w kościele Santa Maria del Popolo. Ołtarzowi towarzyszą posągi starotestamentowych bohaterów – Judyty, wykonany przez Pietro Pacillego (1769) i Dawida, stworzony przez znakomitego francuskiego rzeźbiarza André  Jean Le Bruna.  Ołtarz po przeciwnej stronie, wyglądający bardzo podobnie, dedykowany jest Najświętszemu Sakramentowi, ale uwaga... pochodzi dopiero z XX wieku i jest jakby kopią tego pierwszego.