Kaiser Konstantin, der von 306 bis 337 regiert, setzt den Christenverfolgungen ein Ende, indem er im Jahr 313 das „Edikt von Mailand“ ausruft, das Freiheit in Religion und Kultus garantiert. Er fördert den Bau von christlichen Kultorten, vor allem denjenigen, die der Verehrung der Apostel gewidmet sind.

Über dem Grab lässt er einen Kultort errichten [1], dessen Schlichtheit vermuten lässt, dass sich hier vorher eine domus ecclesiae, eine Privatkirche, befand. Die Basilika wird am 18. November 324 von Papst Sylvester I. (314-335) geweiht.

Nach den wichtigen Restaurierungsarbeiten im Jahr 2006 kann man auf dem Boden erkennen, dass die Apsis wie üblich nach Osten ausgerichtet war.

Die großartige Basilika der drei Kaiser [2] wurde 395 von Papst Siricius (384-399) geweiht. Um die wegen des Pilgerstroms zu klein gewordene Basilika erweitern zu können, wird es notwendig, ihre Ausrichtung von Osten nach Westen zu verlegen.
Ihr Grundriss ist byzantinisch, 131,66 m lang, 65 m breit und 30m hoch.
Mit ihren fünf Schiffen (ein Mittelschiff von 29,70 m, umgeben von vier Seitenschiffen), die von einem „Wald“ aus 80 monolithischen Granitsäulen getragen werden, und ihrem Quadriportikus (70 m lang) ist sie damals die größte römische Basilika, bis zum Bau von Sankt Peter.
Welche Aufmerksamkeit die Kirche diesem Ort zukommen lässt, zeigt sich an den Päpsten, die in den folgenden Jahrhunderten nicht aufhören, sie zu restaurieren und durch Fresken, Mosaiken, Malereien und Kapellen zu verschönern.

1) Die wichtigsten Ausgrabungsarbeiten um das Grab herum haben die Apsis der ersten Basilika von Konstantin vom Beginn des 4. Jahrhunderts ans Licht gebracht, die man unter einer Glasplatte sehen kann. Es ist nicht auszuschließen, dass diese Fundamente die Reste des antiken trophaeum, des auf dem Grab des Apostels errichteten Gedenksteins, verbergen.

2) Theodosius, Arcadius und Valentinian II. übertragen im Jahr 386 die Arbeiten dem Architekten Cyrias. Die Basilika wird unter deren Nachfolger Honorius vollendet, worauf eine Inschrift auf dem sogenannten Triumphbogen der Galla Placidia, des Kaisers Schwester, hinweist, die ihn finanzierte.