L'edificio, situato a poca distanza dall'antica città sabina di Amiternum, vanta una lunga storia legata al culto di san Vittorino, martire sotto Nerva e sepolto in questo luogo nel V secolo.

L'interno è a croce latina ad una navata. L'entrata avviene lateralmente, da est; di fronte al portale di ingresso, sulla parete destra della navata, è presente un'iscrizione che ricorda come la chiesa fu officiata nel 1170 da Dodone, vescovo di Rieti, con i vescovi Anselmo degli Atti di Foligno e Berardo di Forcona.

L'abside conserva tracce di affreschi del XIII secolo raffiguranti il Cristo benedicente con i 3 angeli ed i santi Giovanni, Battista e Pietro e una Crocifissione con Cristo fra la Madonna e san Giovanni Evangelista. Ai lati dell'altare maggiore sono due scalette divergenti che conducono nella cripta che presenti alcuni ambulacri articolati su uno stretto corridoio centrale; al centro, in corrispondenza dell'altare del piano d'ingresso, è presente una volta decorata raffigurante il martirio di san Vittorino.

Al lato dell'ingresso, frontale all'altare maggiore, è una parete diaframma che separa dall'edificio preesistente, detto chiesa vecchia: su di essa si trovano i resti di due bassorilievi del XII secolo (forse parte di un ambone) con il martirio di san Vittorino di Pietro Amabile.

La chiesa vecchia è la parte dell'edificio che si fa risalire all'VIII secolo: essa presenta marmi e frammenti scultorei di epoca romana e medievale ed è illuminata da una piccola bifora posta sulla parete di fondo. A lato, una scalinata conduce ai sotterranei che ospitano le catacombe.