La basilica che oggi vediamo è stata edificata nel XII secolo ed è collegata al convento domenicano. Il complesso riveste una grande importanza perché si trova al di sopra di antichi edifici interrati per due livelli di profondità, il più antico dei quali risale al I secolo d.C.; i due livelli al di sotto dell'attuale basilica sono stati riscoperti e portati alla luce dal 1857 grazie a padre Joseph Mullooly O.P., allora priore del convento. La basilica superiore fu realizzata nel XII secolo da Anastasio, che fu cardinale titolare tra il 1099 ed il 1120, e fu consacrata in data ancora non precisata. Con queste opere la basilica antica fu demolita nella parte superiore ed interrata fino alla quota di circa 4 m, utilizzando le vecchie strutture come fondazioni di quelle nuove e restringendone la larghezza. Numerosi interventi successivi ne hanno modificato l'aspetto interno ed esterno; l'aspetto attuale è stato infine definito in un importante restauro effettuato tra il 1713 ed il 1719 voluto da papa Clemente XI e realizzato a cura dell'architetto Carlo Stefano Fontana, nipote del più famoso Domenico Fontana. Nell'abside centrale è conservato il meraviglioso mosaico, realizzato poco dopo il 1100, con al centro Cristo crocifisso tra la Vergine e San Giovanni Evangelista (foto 1-6). La croce, su cui sono posate le dodici colombe bianche degli apostoli, è rappresentata come un arbor vitae che sorge da un cespo di acanto e si dirama in girali a ventaglio di origine classica, che inglobano oggetti e figure umane e di animali: uccelli di varie specie, eroti su delfini, musicanti, cornucopie, racemi, fiori, fontane. I quattro Dottori della Chiesa sono attorniati da figure di fedeli. In basso, in fila serrate, convergono al centro due teorie di agnelli: Agnus Dei più volte ripetuto. La scrittura, sul bordo inferiore, dice: La Chiesa di Cristo paragoneremo a questa vite, che la Legge inaridisce e la Croce rinverdisce. Tra il 1428 e il 1431, su commissione del cardinale Branda Castiglioni, titolare della basilica, Masolino da Panicale dipinse ad affresco nella cappella di Santa Caterina una Annunciazione (foto 10-13) , nei toni delicati del verde chiaro, del rosato e del giallo oro, con in alto, al centro, la figura del Dio Padre benedicente. Probabilmente l'affresco era stato impostato da Masaccio, morto improvvisamente a Roma nel 1428. Gli edifici riscoperti al livello più basso sui quali insiste la basilica sono due, separati da uno stretto vicolo largo ca. 70 cm, oggi percorribile grazie agli scavi: un grosso edificio destinato probabilmente a magazzino (horreum) ed un edificio residenziale (insula), meglio noto tra gli studiosi come l'edificio del Mitreo. Al di sotto di questo sono state rinvenute tracce di edifici precedenti, che tuttavia non sono stati scavati e studiati sufficientemente per conoscerli a fondo (foto 16-18).