La costruzione attuale risale ai primi del XVI secolo, ma all’interno dell’edificio sono state rinvenute parti della struttura medievale. Nei secoli successivi fu abbellita e dagli inizi del XVII secolo completamente ristrutturata. Nel 1630 le reliquie di San Valentino vennero custodite in un’urna attualmente posta in vista sotto l’altare.
La facciata di linea settecentesca, è caratterizzata da un portale nella fascia inferiore e da una grande finestra in quella superiore. Anche l’interno presenta una decorazione settecentesca nelle sei cappelle si possono ammirare dipinti di grande pregio e valore: nella prima cappella sulla sinistra il quadro di Andrea Polidori “Madonna col Bambino e i santi Lorenzo, Giovanni Battista e Bartolomeo”, a seguire nella Cappella di Santa Teresa “Madonna col Bambino e i santi Giuseppe e Teresa”, nella cappella di San Michele sulla destra è posto il dipinto di Cavalier Arpino “San Michele Arcangelo”.
Una scala conduce alla Cripta dove sono conservati i resti dei santi Procolo, Efebo e Apollonio e al museo dove sono sistemati reperti rinvenuti negli scavi. Al centro del coro della Basilica si trova il pozzo di San Valentino dove vengono raccolte le lettere con messaggi d’amore provenienti da tutto il mondo. Alla chiesa è annesso un convento recentemente ristrutturato e divenuto sede universitaria.