Die Basilika geht auf das 5. Jh. zurück und wurde von der Kaiserin Eudoxia errichtet, um die Ketten Petri aufzunehmen, die noch heute im Kasten unter dem Hauptaltar zu sehen sind. Nach der Legende handelt es sich um zwei verschiedene Ketten, eine aus dem Gefängnis von Jerusalem, die andere aus dem Mamertinischen Kerker in Rom, die sich während einer vom Papst zelebrierten Messe durch Wunder miteinander verbanden.

Die ungewöhnliche Fassade besteht aus einem Portikus aus dem 15. Jh., während das Innere trotz der zahlreichen Umbauten im Lauf der Jahrhunderte die originalen dorischen Säulen des ursprünglichen Baus bewahrt.
Derartige Säulen kommen in der römischen Architektur nur selten vor, und es ist nicht leicht, zu bestimmen, von welchem antiken Gebäude sie stammen. Im rechten Querschiff stellte Michelangelo das Grabmal Julius II auf, allgemein bekannt als Moses.