南堂是北京最早建立的天主教堂，坐落在北京西城区宣武门里，即今前门西大街141号。南堂在历史上有三个人——利玛窦、汤若望和南怀仁最为著名，也影响最大。
利玛窦（Matteo Ricci，1552—1610年），意大利人，耶稣会士，明万历二十九年（1601年）到北京，向万历帝进献自鸣钟、《坤舆万国全图》等，与士大夫交往。他研读“四书”，同徐光启著译《几何原本》。万历三十三年（1605年），建南堂。堂院内除神父住房外，有天文台、藏书楼、仪器室等。南堂后遭地震、火灾，几毁几建。利玛窦死后，御赐墓地，在今北京阜外车公庄大街6号院内。
汤若望（Johann Adam Schall von Bell，1591—1666年），德意志人，耶稣会士，青年时在罗马攻读神学、数学和天文学。东来后，到澳门，学汉语。明天启三年（1623年）到北京，住南堂。与徐光启等共同编修《崇祯历书》。他为朝廷制作的天球仪、日晷等，有学者认为现藏于雍和宫。清军入京后，因多尔衮的一份满文布告，使南堂得以保存。故事是这样的：
清摄政睿亲王多尔衮下令，内城居民，限期之内，全迁外城，包括南堂和汤若望。汤若望书写一份奏疏，略谓：臣自大西洋，航海八万里，东来事主，不婚不官，若急迁移，仪器损坏，修整非易。他申请：仍居原寓，照旧虔修。汤若望随请愿人群，到宫门外，跪呈奏书。许多请愿者，被官兵用皮鞭赶走，汤若望却被一位高官接见。这位高官就是大学士范文程。奏疏经范文程呈递摄政睿亲王多尔衮后，被谕准在南堂门外，张贴满文布告，无须搬迁，保护南堂。南堂就在内城被保护了下来。
汤若望参与纂修历法。顺治七年（1650年）扩建南堂。汤若望任钦天监监正。汤若望治愈顺治帝未婚皇后的病，受到孝庄太后褒奖。顺治帝曾24次到南堂与汤若望神父交谈。顺治帝19岁生日就是在南堂汤若望家过的。康熙三年（1664年），汤若望为杨光先所诬陷，被捕下狱。后鳌拜等拟判汤若望凌迟处死。遇北京地震，被释放羁押。经孝庄太皇太后干预，后来获释。康熙五年（1666年）病死北京，葬车公庄墓地。
南怀仁（Ferdinand Verbiest，1623—1688年），比利时人，耶稣会士，顺治十七年（1660年）到北京，做汤若望的副手，后汤若望遭冤狱，南怀仁受牵连。这时汤若望年迈多病，受审时南怀仁陪他出庭，代为申辩。南怀仁在狱中对汤若望关怀备至，后为他办理丧事。王公大臣为南怀仁的精神所感动，说：“汤玛法已拟死罪，他人将趋避之不暇，而怀仁仗义为之辩护，诚忠友也。”（《在华耶稣会士列传及书目》）汤若望得到平反，南怀仁任钦天监监副。南怀仁的主要贡献是：
其一，测天象。南怀仁与杨光先、吴明烜（xuān）在午门前，并在今建国门外观象台争辩，康亲王杰书、大学士图海和李霨等二十余位高官集体观测，讨论历法问题。测验项目包括立春、雨水、太阴、火星、木星天文历法等问题。观测结果是：“南怀仁所言，逐款皆符；吴明烜所言，逐款皆错。”（《清圣祖实录》卷二十八）朝廷摒弃杨光先历法错误，采纳南怀仁正确意见。不久，南怀仁被任命为钦天监监副，从此钦天监“节气占候，悉从南怀仁说”。（《清史稿·南怀仁传》卷二百七十二）
其二，制仪器。南怀仁等先后制造了黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、地平纬仪、纪限仪、天体仪，并绘图解说，成《灵台仪象志》，有精美附图117幅。后增制玑衡抚辰仪。中国天文学家利用这些仪器，进行了二百多年的观测工作，今仍屹立于北京建国门外古观象台，成为中西文化交流的历史见证。（席泽宗《南怀仁》）此外，书中介绍了如重心、比重、杠杆、滑轮、螺旋等简单机械，以及温度计、湿度计的原理等。清顺治帝孝陵大石碑，由房山运往东陵，怎样过卢沟桥呢？南怀仁建议用西法建滑车，拉大石碑过卢沟桥，解决了这个运输难题。后升南怀仁为钦天监监正。《清史稿·南怀仁传》说：自是钦天监用西洋人，累进为监正、监副，相继不绝。南怀仁发明制造了一辆汽车，二尺长，四个轮子，中部有火炉和铜制气锅。气锅顶部有一个喷气嘴。气锅里的水加热后，蒸汽从气嘴喷出，产生的能量，射在涡轮叶片上，推动汽车后轮，驱动汽车行进。这种动力冲动式蒸汽机，对后世产生了深远影响。南怀仁的相关手稿，在康熙二十六年（1687年）后，发表于德国出版的《欧洲天文学》杂志上，使这一科技成果留存下来。有人说“汽车发明在中国”。这话有一定道理，但遗憾的是没有形成生产力。
其三，造火炮。平定三藩之乱时，前方失效火炮运回，请求换发新炮。康熙帝命南怀仁负责检修。他发现多数大炮因锈蚀而不灵，经除锈后，150门大炮仍可使用。康熙帝又命南怀仁主持制造轻型炮，并亲临卢沟桥观察新炮试射，效果良好，康熙大喜。康熙帝又令再造连珠炮。新炮制成后试射，100发中96发，康熙帝把自己身上的貂皮大衣脱下来赏给南怀仁。经南怀仁研发的新型轻装火炮，近一千尊，送往前线。他撰写了关于火炮制造和使用的《神威图说》一书。为表彰其功绩，南怀仁被授予工部右侍郎衔。《清史稿·南怀仁传》：“南怀仁官监正久，累加至工部侍郎。”查《清代职官年表》工部侍郎中没有南怀仁，当为工部侍郎衔。“实录”可以为证：加“南怀仁工部右侍郎衔”（《清圣祖实录》卷一百二）。（《清圣祖实录》卷一百二）
其四，做帝师。在一段时间里，南怀仁给康熙帝讲授几何学和天文学，还将《几何原本》译成满文。康熙帝“日召怀仁入内廷，如是凡五月。辄留之终日，使之讲授数学、天文”，有时还学习哲学及音乐，康熙帝也命人教授南怀仁满语、满文。他还陪伴康熙帝东巡，沿途观天测地。康熙二十一年（1682年），康熙帝东巡，带上南怀仁，命他测量盛京北极高度，并表示赞赏。南怀仁说：“皇帝对我表示异乎寻常的好感，确如他自己所说的那样，如同他信赖友人一般，盼我不离开他的身边。”在返回京师的途中，一天，康熙帝自然是先上了船，他让随行王公贵族暂且等候，而招呼南怀仁上船，与他一道渡河。
南怀仁居住的南堂，史书记载：京师天主堂，建于明万历间，本朝一再修之，御题额曰“通微佳境”。左右两砖楼，夹堂而立。左贮天琴，午时楼门自启，琴自作声，移时琴止，而门亦闭矣。别有沙漏、远镜、龙尾车之属，以资测验。（《清稗类钞·京师天主堂》页一九五七）康熙二十七年（1688年），南怀仁在北京病逝，年六十六，也葬于今阜外车公庄利玛窦、汤若望墓地。
南怀仁死后，天主教北堂与宫廷的关系，日益密切，日显重要。