La grandiosa basilica si deve al vescovo Ursicino, che riuscì a portare a termine la costruzione in tre anni, dal 533 al 536, sul luogo dove si trovava il sepolcro di Sant’Apollinare, primo vescovo della città.
La basilica, nonostante le manomissioni, appare ancora simile a come doveva essere in origine: è scomparso il portico che un tempo precedeva la chiesa, mentre il nartece, un tempo affiancato da due torri quadrate, è il risultato del restauro in stile del 1909. Il campanile, alto 37,5 metri, fu aggiunto intorno al X secolo, e mostra il consueto tema dell’aumentare delle aperture, in numero e dimensioni, con l’aumentare dell’altezza, da semplice finestrella a elegante trifora.
L’interno è a pianta basilicale a tre navate, il rapporto tra lunghezza e larghezza è di 2:1 (60m x 30m), come tipico delle chiese ravennati del periodo. Le navate sono intervallate da 24 colonne in marmo greco venato, il soffitto a capriate lignee sostituisce quello originale a cassettoni, mentre è assente il bema, un’area recintata e rialzata del presbiterio tipica nelle chiese tardo-antiche, scomparso nel IX per far posto alla cripta.
La basilica, in origine, era completamente ricoperta di marmi, asportati nel 1449 da Sigismondo Malatesta per decorare il Tempio Malatestiano di Rimini.