Sul luogo dove fu sepolto San Paolo, martirizzato nel 67 d.C,
venne eretta una cella memoriae che Costantino trasformò in piccola basilica. Consacrata da Silvestro I nel 324 fu ricostruita da Valentiniano II, Teodosio e Arcadio nelle dimensioni attuali, riconsacrata da Siricio nel 390 e terminata nel 395 durante l’impero di Onorio. Dall’ottavo secolo la Basilica divenne un piccolo stato monastico-feudale costituito da un borgo addossato all’abbazia, che fortificato da Giovanni VIII [872-882] prese il nome di Giovannopoli e venne abitato fino al terremoto del 1348.
La chiesa, che si arricchì di opere d'arte nei secoli XIII (vi lavorarono i Vassalletto, Pietro Cavallini e Arnolfo di Cambio) e XV (Benozzo Gozzoli e Antoniazzo Romano), vide rifatti i soffitti lignei delle navate e demolito il presbiterio al tempo di Sisto V, ebbe nuove decorazioni nel XVII (Onorio Longhi e Carlo Maderno) e un ulteriore restauro sotto Benedetto XIII.
In seguito all'incendio che il 15 e il 16 luglio 1823 distrusse la basilica, (rimasero il transetto, l’arco santo e parte dell’antica facciata) venne nominata per volere di Leone XII una commissione la quale decise di riedificarla seguendo le dimensioni e la pianta del tempio precedente; nel 1840 Gregorio XVI consacrò il transetto e nel 1854 Pio IX l'intera fabbrica. Autore del piano definitivo fu Pasquale Belli, (1825-33) coadiuvato da Pietro Bosio, Pietro Camporese e Andrea Alippi. A Luigi Poletti (1833-69) si devono invece la facciata, il campanile, e il fianco sinistro della chiesa; a Virginio Vespignani risale il portico principale (1890-92) in seguito modificato da Guglielmo Calderini (1892-1928) mentre Francesco Podesti realizzò la cappella di Santo Stefano e Arlando Foschini il battistero. (1926)
L’interno, lungo 131.66 m, largo 65, alto 29.70, strutturato in cinque navate divise da ottanta colonne monolitiche, presenta quattro cappelle ai lati dell’abside. Il soffitto a lacunari fu rifatto in stile cinquecentesco da Pio IX. Alle pareti in alto, tra le finestre chiuse da lastre di alabastro, ‘Storie della vita di San Paolo’, 36 affreschi di Pietro Gagliardi, del Podesti, Guglielmo De Sanctis, Francesco Coghetti e Cesare Mariani. In fondo alla navata centrale è il maestoso arco di trionfo impostato su due colonne di granito di Montorfano con capitelli ionici. La decorazione musiva che ha subìto diversi restauri, raffigura nel mezzo il Salvatore Benedicente tra due angeli adoranti, i simboli degli evangelisti e i 24 Seniori dell’Apocalisse. Nel rovescio dell’arco ‘Cristo Benedicente tra i simboli dei Santi Luca e Marco’ e i ‘Santi Pietro e Paolo’ sono resti di mosaici di Pietro Cavallini.
Al di sopra dell’altare maggiore è collocato il ciborio eretto nel 1284 da Arnolfo di Cambio. Sopra le quattro colonne di porfido con capitelli in marmo dorato, all'interno di altrettante nicchie angolari, sono collocate le statue dei Santi Pietro, Paolo, Luca e Benedetto mentre nei mistilinei all’esterno delle ogive sono collocati otto bassorilievi con scene di santi. Sotto l’altare è collocata la tomba di San Paolo risalente al IV secolo portata alla luce dagli scavi del dicembre 2006. Sulla destra dell'altare è situato il candelabro per il cero pasquale scolpito da Nicolò di Angelo e Pietro Vassalletto. [XII secolo]
L’abside si presenta con il grande mosaico del tempo di Onorio III [1216-27] raffigurante in mezzo 'Cristo Benedicente tra i Santissimi Pietro e Andrea e Paolo e Luca'. Al di sotto dei santi è situato l'altare con la croce gemmata ed i simboli della Passione, gli angeli, e tra palmizi, la teoria degli Apostoli e Santi. Nei mistilinei fuori dall’arco dell’abside mosaici di Pietro Cavallini. Al di là dell’abside la Cappella di San Lorenzo, disegnata da Carlo Maderno nel 1629, con il trittico marmoreo realizzato dalla scuola di Andrea Bregno. [1494] A destra dell’altare si accede alla sala del Martirologio con affreschi alterati del XII-XIII secolo. A sinistra il Battistero con quattro colonne antiche dai capitelli ionici. A destra si passa nel Chiostro, in parte realizzato dal Vassalletto e terminato prima del 1214. Le colonnine binate sostengono gli archetti sopra i quali scorre una trabeazione ornata di splendidi intarsi marmorei policromi e di mosaici. Da visitare inoltre la pinacoteca, con opere di Antoniazzo Romano, e il reliquiario
