La chiesa sorge nei pressi del 'titulus fasciolae', (377 d.C) nome che deriva dall'episodio della benda caduta dal piede di San Pietro mentre era condotto al martirio. Questo luogo di culto dal 595 è ricordato come 'titulus Sanctorum Nerei et Achillei'. Nel 814 il pontefice Leone III sposta la chiesa nel sito attuale e la fa decorare con mosaici dei quali restano tracce nell'arco trionfale. Nel 1475, in occasione del Giubileo, Sisto IV ne ridusse le dimensioni e sostituì le colonne fra le navate con pilastri ottagoni. Alla viglia del Giubileo del 1600 il cardinale Cesare Baronio ordina il rialzamento dell'altare maggiore e gli affreschi delle navate e dell'abside.
La facciata esterna, a salienti, e le finestre tamponate distinguibili sotto l'intonaco risalgono al restauro di Sisto IV, mentre la decorazione a motivi architettonici, quasi svanita, è pertinente a quello del 1600, come anche il portale fra le colonne in granito sorreggenti un timpano triangolare e la finestra sovrastante.
Sui fianchi della chiesa, dove si aprono finestre tardo-cinquecentesche, si individuano quelle sistine tamponate e tracce della muratura del luogo di culto di Leone III, cui vanno riferite le bassi torri ai lati dell'abside.
L'interno, a tre navate con abside semicircolare, è caratterizzato dai quattrocenteschi pilastri in muratura, dalla copertura a capriate a vista e dalla decorazione risalente alla sistemazione voluta dal Cardinale Baronio.
Gli affreschi delle navate sono attribuiti a Nicolò Circignani; nell'altare a edicola della navata destra 'Madonna adorata dagli angeli' di Durante Alberti, in quello della navata sinistra i 'Santi Nereo, Achilleo e Domitilla' del 1600.
Nel presbiterio il ciborio cinquecentesco poggia su pregevoli colonne. La cattedra episcopale con due leoni stilofori è della Bottega dei Vassaletto.
Il giro dell'abside, affrescata con santi ai lati della Croce, termina in alto con una bella cornice ricavata da trabeazione dentellata romana. All'esterno dell'arco absidale il mosaico con l'Annunciazione, la Trasfigurazione e la Theotokos, risalente alla decorazione voluta da Leone III
Indirizzo: Viale delle Terme di Caracalla altezza Piazzale Numa Pompilio
