La chiesa della Madonna del Mare è un edificio chiaramente inseribile nell'ambito di una continuità di destinazione cultuale tra l'epoca tardoantica e il Medioevo. La fabbrica medievale trova le proprie origini in preesitenze architettoniche costituite da un sistema di edifici legati al culto paleocristiano (cfr. SI 1194). Come riportato da Ireneo della Croce, lavori di sterro condotti nei sistemi fondali della chiesa condussero, nel 1656, al ritrovamento di pavimenti a mosaico attribuibili a un precedente edificio sacro, unitamente a sepolture in sarcofaghi lapidei. La prima notizia riguardante la chiesa medievale risale invece al 1298 (Mainati 1817-1818, vol. 1, pp. 269-270; cfr. inoltre: Kandler C.D.I., p. 839); dal 1338 aveva un proprio cimitero, destinato ad accogliere le sepolture dei residenti nel suburbio (de Jenner 1867, p. 354; Tomasin 1902, p. 261).
Sopra le strutture della basilica tardoantica (SI 1194) venne eretta nel Duecento una chiesa intitolata alla Madonna del Mare. La zona ebbe in epoca medievale anche una destinazione funeraria, come testimoniano anche i risultati di indagini svolte nel 2009 in corrispondenza dell'edificio sito in Via Madonna del Mare 5: essi indicano la presenza di un ingente numero di sepolture databili a partire dall’età altomedievale con continuità di utilizzo almeno fino al XV secolo.
Ventura P., Attestazioni funerarie a Tergeste fra il III e il IV secolo d.C., in Le necropoli della media e tarda età imperiale (III-IV secolo d.C.) a Iulia Concordia e nell'arco altoadriatico. Organizzazione spaziale, aspetti monumentali e strutture sociali, Atti del Convegni di studio (Concordia Sagittaria, 5-6 giugno 2014), Portogruaro (VE) 2015
Riavez P., La Trieste medievale. Urbanistica e architettura, in Forma Urbis. Itinerari nascosti di Roma antica, 2011, XVI, n. 12, dic. 2011
Tomasin P., Indicazioni per la storia ecclesiastica della città e territorio di Trieste, 1902, ADTs. 1/2 D5
de Jenner L., Chiese di Trieste (manoscritto conservato presso la Biblioteca civica di Trieste), 1867
Mainati G., Croniche ossia memorie storiche sacro-profane di Trieste cominciando dall'XI secolo sino ai giorni nostri, Venezia 1817
Della Croce I., Historia antica e moderna, sacra e profana della città di Trieste, Venezia (rist. fotomeccanica, Bologna). 1698