La basilica si trova sopra omonime catacombe sulla via Appia antica.
Dedicata dapprima agli apostoli Pietro e Paolo (basilica apostolorum) fu costruita nella prima metà del IV secolo.
Più tardi venne deposto nelle catacombe il corpo di San Sebastiano, vittima della persecuzione di Diocleziano e la basilica prese il suo nome; era una basilica di 3 navate delle quali, nel XII secolo furono murati gli archi.
Nel 1609 il cardinale Scipione Borghese ne affidò la ricostruzione al Ponzio che non poté portarla a termine e fu conclusa da Giovanni Vesanzio.
La basilica odierna ha quindi forme tardo-rinascimentali con un portico a tre arcate e colonne di granito sormontato da un piano superiore con tre finestre a timpano curvo.
L'interno è ad una sola navata bianca con tre arcate per lato.
Il soffitto ligneo a cassettoni è intagliato e dipinto con la figura di San Sebastiano e gli stemmi del cardinale scipione Borghese e di Gregorio XVI Cappellari che lo restaurò.
Il soffitto
A destra la Cappella delle Reliquie che contiene le impronte di Cristo relative al Quo vadis? e una delle frecce che colpirono San Sebastiano.
La Cappella Albani dedicata a San Fabiano papa. Dietro l'altare la statua del santo di Francesco Papaleo.
A sinistra la Cappella di San Sebastiano in corrispondenza della sepoltura del santo nella catacomba sottostante; sotto l'altare la statua giacente di San Sebastiano di Antonio Giorgetti.
