La grandiosa pala d’altare, commissionata da Pietro Martire Carli per il convento di Sant’Agnese a Bologna, fu iniziata dal Domenichino nella città emiliana e completata a Roma dove l’artista si trasferì nel 1621.
La composizione si sviluppa su due livelli sovrapposti: il piano terreno e quello celeste. Nella parte superiore, immersa in una luce intensa, appare la Trinità circondata da un coro di angeli intenti a suonare diversi strumenti musicali. L’attenzione ai dettagli con cui sono rappresentati testimonia la profonda passione di Domenichino per la musica.
Nella parte inferiore della tela si svolge il martirio della santa alla presenza di donne e soldati. La giovane è raffigurata nell’istante in cui viene trafitta alla gola per ordine di Aspasio, vicario del prefetto, il cui figlio era stato respinto da Agnese già consacrata alla castità. Sullo sfondo numerose figure si affacciano da una loggia colonnata e assistono alla scena.
Emerge il contrasto tra la figura della vittima e quella del carnefice: quest’ultimo affonda il pugnale nella gola della santa con gesto risoluto, mentre con la mano sinistra ne stringe con forza i lunghi capelli.
Sant’Agnese, invece, con uno sguardo estatico, è già proiettata verso la visione del paradiso e la promessa di salvezza eterna, simboleggiata dall’angelo che riceve dalle mani di Cristo la palma del martirio. In primo piano, accanto al rogo da cui la santa era miracolosamente sopravvissuta, giacciono i corpi senza vita di due uomini, probabilmente identificabili come i suoi carnefici.
