Il vasto complesso dei Mercedari si erge sulla collina calcarea dove nel 1323 sorse l’insediamento catalano-aragonese prima della resa di Cagliari avvenuta tre anni dopo. La parte più antica è il santuario che conserva ancora il presbiterio e la sovrastante torre originari, oltre alle volte a crociera e agli archi ogivali che sono il primo esempio di architettura gotico-catalana in Sardegna. Il prospetto in calcare è moderno ma ingloba il portale proveniente dalla chiesa di San Francesco di Stampace, demolita nel 1875. All’interno è il simulacro della Madonna di Bonaria, veneratissimo da tutti i Sardi ed, in particolare, dalla gente di mare. La basilica, prevista già dal 1704, fu realizzata in tempi lunghissimi e con varianti derivate da progetti diversi, primi tra tutti quelli degli ingegneri piemontesi, fino alla definitiva ripresa dei lavori nel 1910 che portò alla consacrazione della chiesa quindici anni dopo, nonostante non fosse ancora terminata. Da un portico antistante si entra nell’interno, a tre navate con transetto e presbiterio, che si sviluppa in lunghezza secondo il tradizionale modello basilicale. Oltre a dipinti di interesse prevalentemente devozionale, vi si conserva un’interessante statua della Madonna del Combattente, opera di Francesco Ciusa, realizzata tra il 1936 e il 1938.
All’interno della prima sala del museo sono raccolte le testimonianze archeologiche dl colle di Bonaria. Frequentato nel prenuragico e noto ai Fenici, il colle ospitò una necropoli tardopunica e romana. Vi è inoltre ricostruita la storia del Castello di Bonaria e dell’ordine della B.V. Maria della Mercede, presente in Sardegna si dagli inizi del 1300. Nel corridoio sul chiostro sono esposti quadretti votivi principalmente di tema marinaresco, risalenti al XVIII-XIX sec. ed ex voto donati da fedeli scampati alla schiavitù o al naufragio. Lungo il corridoio è apprezzabile la parte superiore di una cisterna scavata nella roccia, con volta a botte, utilizzata dai frati del convento fino agli inizi del secolo scorso. Nella seconda sala sono esposti i più antichi e preziosi modelli navali di cui è ricco il santuario (attualmente se ne contano circa 150). Essi costituiscono una importante antologia della storia dell’arte navale, dall’età delle galere a quella dell’introduzione del vapore e delle innovazioni adottate dalle navi più moderne. I modellini di vascelli esposti nel museo sono quasi tutti di pregevole fattura artigianale. In questa stessa sala sono visibili anche i corpi mummificati di alcuni membri della famiglia degli Alagon, morti di peste nel 1605 e sepolti nelle adiacenze del santuario.
Troviamo infine l’àncora d’argento offerta dalla regina Margherita nel 1899 per il felice esito della spedizione al Polo Nord, guidata dal figlio, il duca degli Abruzzi, con la nave “Stella Polare”. Nella terza sala sono esposti il tesoro del santuario e preziosi arredi sacri offerti da sovrani e personalità illustri. Tra questi le corone d’oro donate dal re Carlo Emanuele I e dalla consorte, ricchissimi paramenti offerti da nobildonne e i doni dei papi Pio XI e Paolo VI.
Durante i bombardamenti del 1943 la basilica subì danni soprattutto alla cupola, ripristinata dopo la guerra quando fu ripresa e terminata la fabbrica di origine settecentesca.