Luogo di culto già nel V secolo nel contesto della domus ritenuta di S.Valeriano, sposo di Santa Cecilia, labasilica fu costruita sotto il pontificato di Pasquale I nel IX sec. Al nucleo più antico vennero aggiunti tra il XII e il XIII sec. il portico, il campanile e il convento. Le prime opere di restauro del 1500 e i successivi interventi del ‘700 modificarono totalmente l’aspetto della prima chiesa.

Al suo interno però rimangono alcuni capolavori indiscussi come il ciborio di Arnolfo di Cambio, la celebre statua di Santa Cecilia di Stefano Maderno e gli splendidi mosaici del catino absidale. Nel coro delle monache uno dei rari e preziosi esempi di pittura duecentesca con il Giudizio Universale di Pietro Cavallini.
Al di sotto delle Chiesa è possibile inoltre visitare i sotterranei con edifici romani di epoca repubblicana.