La Basilica fu eretta nel luogo in cui era collocata la sepoltura di Apollinare, patrono e primo vescovo di Ravenna. La costruzione sarebbe stata intrapresa intorno al 536 dal vescovo Ursicino e finanziata da Giuliano Argentario, mentre la consacrazione avvenne qualche anno dopo, il 9 maggio del 549, sotto l'arcivescovado di Massimiano.
La chiesa, a pianta longitudinale e preceduta da un quadriportico, è suddivisa internamente in tre navate con due file di colonne di marmo proconnesio e con il settore absidale decorato a mosaico.
Nell'Alto Medioevo il complesso diventò luogo di sepoltura dei vescovi di Ravenna, sul modello di S. Pietro in Vaticano. Nel IX secolo la chiesa subì un importante intervento architettonico con la costruzione della cripta, voluta dal vescovo Domenico Ublatella, e destinata alla conservazione delle spoglie di Apollinare. Allo stesso periodo risale la costruzione del campanile, di forma circolare e con aperture che, dal basso verso l'alto, sono monofore, poi bifore e infine trifore.
L’edificio è a pianta ottagonale e presenta quattro piccole absidi avvolte in origine da un corridoio anulare. Al suo interno, caratteristico è il rivestimento musivo formato da tessere di vetro e oro.
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