La première construction du Myrelaion date du IVe siècle avec un plan en rotonde dont le diamètre mesure près de 42 mètres et des murs d’une épaisseur de 6 mètres. On pense qu’à l’origine, il ne s’agissait que d’une citerne, mais au Xe siècle Romanos Lekapenos fit construire un palais impérial au-dessus et une église possédant une cave où sont enterrés ce personnage et sa femme.

Pendant l’occupation latine (1204 – 1261), l’édifice subit des dégradations importantes et le palais fut détruit. A la période ottomane, l’église devint un entrepôt, puis fut transformée en mosquée. La citerne fut utilisée comme distillerie. Les deux constructions subiront encore de graves dommages lors de l’incendie de 1911 qui ravagea tout le secteur du Grand Bazar à Laleli et ce n’est que vers 1950 qu’on effectua une restauration partielle de la mosquée. Dans les années 1990, une nouvelle restauration des deux bâtiments les mit enfin en valeur.

Le nom turc, Bodrum Camii ou mosquée de la Cave, lui vient de la cave de l’église. C’est le second plus grand exemple d’architecture de ce type après le Panthéon de Rome.