La basilica di San Vitale, è una basilica che trae la sua origine da un oratorio risalente al IV secolo e dedicato ai santi Gervasio e Protasio, martiri di origini milanesi, figli di san Vitale. Verso la fine del secolo la pia matrona Vestina lascia tutti i suoi averi all'oratorio, che viene ristrutturato in basilica a tre navate e consacrato da papa Innocenzo I nel 402. Preti del titulus Vestinae sottoscrivono gli atti del sinodo romano del 499, mentre nella sottoscrizione del sinodo del 595 compare l'appellativo titulus Sancti Vitalis. Fu restaurata e dotata di ricchi doni da papa Leone III (795 816), nuovamente restaurata in epoca medievale, e completamente rifatta dai papi Sisto IV (1475) e Clemente VIII (1595): questi ultimi interventi ridussero la chiesa ad una sola navata, al posto delle tre originarie, e portarono alla scomparsa del portico, chiuso e ridotto a vestibolo della chiesa. Nel 1859 Pio IX fece costruire la caratteristica scalinata d'accesso che è in discesa a causa dell'innalzamento del piano stradale in seguito alla costruzione di via Nazionale. Lavori di restauro effettuati nel 1937-38 hanno ripristinato il portico originario.

L'interno è ad una sola navata con abside è stato restaurato nel 1859, mentre sono di epoca recente (1934) il pavimento ed il soffitto ligneo. Ai lati vi sono quattro altari, due per lato, provenienti dalla chiesa del V secolo. Nel transetto vi sono affreschi di Agostino Ciampelli raffiguranti la lapidazione ed il martirio di san Vitale. Altri affreschi, raffiguranti storie di martiri e profeti sono di Tarquinio Ligustri ed Andrea Commodi.