절두산순교기념관(성당, 박물관)은 병인순교 100주년을 기념하며 1966년 착공하여 이듬 해인 1967년 10월에 개관, 축성하였는데, 오른쪽에는 성당, 왼쪽에는 한국천주교순교자박물관이 위치해 있다.
1846년 한국의 첫 번째 사제였던 김대건 안드레아 신부(이하 김대건 신부)의 치명 순교가 있은 후, 100년이 지난 1946년 전국 단위의 한국천주교순교자현양회(이하 현양회)가 결성되었다. 현양회는 처절했던 병인년의 박해를 생생히 증언하고 있는 이 땅에 김대건 신부 광장과 기념관을 지어 숭고한 순교정신을 보전·계승하기로 결의하였다.
현양회는 전국의 신자들로부터 성금을 모으기 시작하여, 1956년 절두산 치명터를 매입하고, 만 10년이 지난 1966년 병인순교 100주년이 되는 해에 공사에 착수할 수 있었다. 그리고 이듬해 1967년 10월 21일 ‘병인순교 100주년 기념 성당과 한국천주교순교자박물관(당시 절두산순교기념관으로 명명)’을 건립할 수 있게 되었다.
당시 교회에서는 절두산에 건립될 기념관의 설계를 공모하였는데, 이곳의 원형을 조금도 변형하지 않는다는 것을 조건으로 내세웠다. 원형을 보존해야만 병인박해 당시 목숨을 바쳐 신앙을 지켰던 순교자들의 숨결을 오늘날 더욱 가까이 느낄 수 있으리라고 생각했기 때문이었다.
설계는 이희태 교수가 맡았는데, 절두산 주변 지형과 역사적 의미, 그리고 순교정신을 전통적인 고유미와 조화롭게 살려냈다는 평가를 받고 있다. 대궐 기둥과 같은 회랑의 원주, 초가집 지붕과 같이 미끄러진 추녀, 조상들이 쓰던 갓 모양을 한 성당 내부 제단 위 천개 등이 그것이다. 성미술 제작에는 조각가 김세중을 중심으로 윤명로, 정창섭, 이순석, 최의순, 이남규 등의 작가들이 참여해 순교의 역사에 예술적 가치를 더했다.