La chiesa fu costruita alla fine del XV secolo per volontà del cardinale francese Guglielmo d'Estouteville, e completata dal cardinale Giuliano della Rovere, futuro papa Giulio II. I lavori di costruzione furono affidati a Baccio Pontelli, a cui si deve anche la costruzione dell'adiacente fortezza, che diede alla chiesa un orientamento opposto a quello attuale, che invece risale ai tempi della costruzione della piazza della Rocca. È incerta l'esistenza di una preesistente chiesa paleocristiana sul luogo dell'attuale.

L'interno della basilica si presenta ad un'unica navata, con soffitto a capriate, ed illuminata da un rosone e finestre bifore del Quattrocento. Sulla destra è posta la cappella di santa Monica, ove è conservata una lapide sepolcrale, scoperta nei pressi della chiesa nel 1945, che ricorda il culto antico verso il corpo della santa che qui era conservato. Nella stessa cappella è conservata una Estasi di santa Monica di Pietro da Cortona.

L'abside è introdotta da un arco trionfale costituito da marmi di spoglio e decorato con affreschi del XVI secolo. L'altare moderno è impreziosito da due bassorilievi quattrocenteschi. Le tre pale d'altare sono del Seicento.

La basilica, parrocchia fin dall'epoca paleocristiana, è sede di un titolo cardinalizio episcopale assegnato dal XII secolo al decano del collegio cardinalizio.