La parrocchia di Nostra Signora delle Grazie venne eretta con decreto dell'ordinario diocesano di Cagliari in data 31 ottobre 1968, per l'assistenza religiosa al rione sviluppatosi enormemente al di là del torrente, rispetto alla chiesa parrocchiale esistente. Il riconoscimento agli effetti civili della nuova parrocchia venne decretato dal Presidente della Repubblica con atto n. 988 del 19 luglio 1971. Venne scelto ad amministrare questa nuova parrocchia don Antonio Vacca, allora viceparroco nella parrocchia di Sant'Ambrogio a Monserrato.

La nuova parrocchia fu costretta a svolgere provvisoriamente le funzioni religiose nell'esistente chiesa di Sant'Antonio, di capienza insufficiente e all'estrema periferia della parrocchia. Don Vacca, si adoperò subito perchè la parrocchia avesse la sua chiesa adeguata alle necessità, con le annesse opere parrocchiali. Reperita l'area, tra le vie Vittorio Veneto e Leonardo da Vinci, e ottenuto il finanziamento dell'opera ai sensi della legge 18 aprile 1962, n. 168, il progetto per la realizzazione della chiesa venne affidato all'Ing. Pasquale Mistretta, che si avvalse della collaborazione dell'Ing. G. Marchi. Lo stesso Ing. Mistretta diresse i lavori, che furono affidati all'impresa di costruzioni Giuseppe Logli di Cagliari. Il 19 luglio 1980 venne posata la prima pietra con la benedizione dell'arcivescovo di Cagliari mons. Giuseppe Bonfiglioli, alla presenza di un folto gruppo di fedeli. L'8 dicembre del 1981 nella nuova chiesa, ancora incompleta delle rifiniture interne, venne celebrata la prima cerimonia religiosa, con la somministrazione della prima comunione a numerosi bambini della parrocchia. Non fu però mai completata secondo il progetto iniziale. Il costante incremento demografico di Sestu, ha reso insufficiente lo spazio interno della chiesa per accogliere i fedeli. Così nel 2005 è stato dato incarico agli ingegneri Alessandra Feduzzi ed Enrico Porru di approntare un progetto di ampliamento della chiesa, comprendente anche gli spazi non realizzati in precedenza. In prticolare l'intervento ha comportato: l'aumento della capienza dell'aula di circa 300 posti, ripartiti in circa 80 su banchi, circa 100 su sedie e circa 120 in piedi e, quindi, l'aumento della capienza complessiva dagli attuali 500 a oltre 800 posti; la realizzazione di una sorta di nartece, che introduce nello spazio sacro creando un filtro con l'ambiente esterno; la realizzazione del luogo del Battesimo sul lato destro, in prossimità dell'ingresso principale, e la sistemazione stabile del Fonte battesimale; la realizzazione del luogo della Riconciliazione, sul lato sinistro in posizione quasi simmetrica rispetto al luogo del Battesimo. I lavori hanno avuto inizio nel mese di novembre 2011 e la chiesa è stata nuovamente officiata dal 25 marzo 2015. La benedizione solenne della chiesa è stata effettuata dall'arcivescovo di Cagliari, mons. Arrigo Miglio, il 2 luglio 2016.

La nuova facciata timpanata della chiesa è caratterizzata da una grande croce realizzata a mosaico, dove nella parte inferiore del braccio più lungo s'inserisce il portone dell'ingresso principale. L'opera è stata realizzata nel 2015 da Bruno Tafani, della soc. Musa Mosaici.

All'interno, lo sfondo del presbiterio è abbellito da un affresco.

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Autore: Franco Secci (storico)