La Chiesa del Carmine, anche detta di Santa Maria del Carmelo o della Madonna dell'Itria, è annessa all'omonimo edificio ex conventuale e si trova nel quartiere Graziella, sull'isola di Ortigia.
Venne edificata sull'antichissima Chiesa di Santa Maria dell'Itria, di epoca medievale, della quale resta oggi solo una bifora targo-gotica nella navata laterale sud. La data 1570 incisa su un tirante della navata centrale, farebbe probabilmente riferimento all'anno di completamento della copertura della Chiesa. Tra la fine del Cinquecento e l'inizio del Seicento la Chiesa subì diverse trasformazioni. Ne resta, come testimonianza, l'elegante portale d'ingresso costruito nel 1602.

Il terremoto del 1693 danneggiò parzialmente la Chiesa, che fu oggetto di restauro e di radicali trasformazioni fino al 1793, anche grazie al finanziamento di Giuseppe Arezzo Barone della Targia, come ricordano alcune iscrizioni.
Dapprima venne affidato, nel 1731, al pittore e architetto Pompeo Picherali il progetto di trasformazione del transetto, dell'altare maggiore e di decorazione delle volte delle navate. L'esecuzione di quest'ultima venne affidata allo stuccatore Giuseppe Blanco di Licodia, mentre la realizzazione dell'altare al catanese Giuseppe Viola, che ricevette anche il compito di restaurare le due statue di Santa Margherita e Santa Lucia presenti nella Chiesa, per inserirle nell'apparato decorativo dell'altare.
Successivamente vennero eretti due altari nei bracci del transetto, impropriamente chiamati "cappelle", dedicati rispettivamente alla Vergine Maria del Carmelo nel braccio nord del transetto, costruito nel 1737 da Francesco Cianci (come ricorda l'iscrizione apposta sull'altare), e a Sant'Elia nel braccio sud, costruito nel 1743 da Giovan Battista Alminara, ad imitazione di quello della Vergine Maria del Carmelo. 
In quegli stessi anni fu restaurato il coro della Chiesa e venne indorata la cantoria disegnata, con ogni probabilità, da Pompeo Picherali.
Nel 1755 venne coinvolto l'architetto Luciano Alì per la trasformazione del presbiterio, coadiuvato dai capimastri Saverio Alì, Francesco e Salvatore La Vacca e Gaetano Lena. I lavori di risistemazione terminarono nel 1793.

In seguito alle leggi per la soppressione degli ordini religiosi del 1866-67, nel 1870 il Convento del Carmine venne dismesso e ceduto, insieme alla Chiesa, alla Provincia di Siracusa. La Chiesa, tuttavia, venne concessa in uso alla Congregazione del Carmine che, a proprie spese, la mantenne aperta al culto.
Nel 1914 il Comune di Siracusa chiese alla Provincia la cessione della Chiesa per adibirla ad alloggio delle truppe e a ciò fu destinata a partire dal 1915. In quell'anno, furono rimosse le numerose iscrizioni sepolcrali che si trovavano originariamente nella Chiesa. Successivamente l'edificio venne utilizzato come deposito per il frumento e poi come sede della Scuola d'Arte per la lavorazione del ferro battuto.
Nel 1922 la Soprintendenza ai Monumenti iniziò le pratiche per la derequisizione dell'edificio, l'accertamento dei danni subiti e la concessione di fondi per il restauro dell'immobile, per consentirne la riapertura al culto, che avvenne nel 1927.

Tra il 1960 e il 1980 furono eseguiti interventi di restauro all'apparato decorativo della Chiesa che, nonostante le numerose trasformazioni subite e i continui mutamenti d'uso, ha mantenuto, tuttavia, la sua originaria fisionomia di edificio settecentesco riccamente decorato con elementi del linguaggio tardo barocco. Ciò che più colpisce oggi è il contrasto tra la semplicità della facciata della Chiesa, il cui valore decorativo è circoscritto allo splendido portale seicentesco, affiancato da colonne su piedistallo e coronato da un timpano spezzato che lascia spazio a un'edicola riccamente decorata in pietra, e l'interno della Chiesa, che si presenta come un ambiente ricercato ed elegante, il cui apparato decorativo di stucchi e dorature riveste l'intera struttura muraria e culmina nel finto drappo che incornicia l'arco trionfale del presbiterio. L'effetto scenografico e la decorazione dell'ambiente interno della Chiesa, progettati da uno dei protagonisti della stagione tardo barocca siracusana, Pompeo Picherali, stupisce ancora oggi per la sua ricchezza ed eleganza.