Situada en la colina Velia, la basílica tenía un sistema rectangular dividido en tres naves, con un atrio de entrada lateral. La amplia nave central, orientada en dirección este-oeste, terminaba con un ábside y estaba cubierta por tres grandes bóvedas de crucería apoyadas sobre ocho columnas corintias, monolitos de mármol proconnesio. Las dos naves laterales estaban divididas en tres espacios comunicantes entre sí y con el atrio de entrada, cubiertos con grandes bóvedas de cañón con casetones, y abiertas con arcadas hacia el espacio interior. La única nave que se conserva (nave norte) presenta en el espacio central un ábside decorado con nichos enmarcados por columnas sobre ménsulas, que antiguamente alojaban estatuas.

La basílica, edificada por Majencio (306-312) en el 308, fue completada por Constantino (306-337) con algunas modificaciones como, por ejemplo, el cambio de orientación mediante la apertura hacia el sur de una majestuosa entrada compuesta por un pórtico de cuatro grandes columnas de pórfido, precedido por una escalinata que colmaba el desnivel entre la Vía Sacra y la Velia.

El conjunto se apoyaba parcialmente sobre las estructuras preexistentes de los Horrea Piperataria, los almacenes comerciales de pimienta y especias. La intervención realizada bajo el mandato de Constantino se caracterizó por la instalación, en uno de los ábsides, de una estatua colosal del emperador cuyos poderosos fragmentos se pueden admirar actualmente en el patio del Palacio de los Conservadores del Capitolio.