Situata sulla collina della Velia, la basilica aveva un impianto rettangolare diviso in tre navate, con un atrio d’ingresso laterale. L’ampia navata centrale, orientata in senso est-ovest, terminava con un’abside ed era coperta da tre grandi volte a crociera poggianti su otto colonne corinzie monoliti di marmo proconnesio. Le due navate laterali erano divise in tre vani comunicanti tra loro e con l’atrio d’ingresso, coperti con grandi volte a botte a cassettoni, e aperti con arcate verso lo spazio interno. L’unica navata conservata (navata nord), presenta nel vano centrale un’abside decorata con nicchie inquadrate da colonnine su mensole, anticamente ospitanti statue.

La basilica, edificata da Massenzio (306-312) nel 308, fu terminata, con alcune modifiche, da Costantino (306-337), che ne modificò l’orientamento, aprendo verso sud un grandioso ingresso costituito da un portico di quattro grandi colonne di porfido, preceduto da una scalinata che superava il dislivello tra la Via Sacra e la Velia.

Tutto il complesso insisteva parzialmente sulle strutture preesistenti degli Horrea Piperataria, magazzini commerciali di pepe e spezie. L’intervento costantiniano venne caratterizzato dalla posa, in una delle absidi, di una statua colossale dell’imperatore i cui poderosi frammenti sono oggi visibili nel cortile del Palazzo dei Conservatori al Campidoglio.