Il primo edificio risale al IV secolo, e fu costruito sopra la tomba del martire san Valentino, presso un'antica necropoli paleocristiana. Fu distrutta nel VI secolo dai Goti, e ricostruita poi nel VII secolo in due fasi distinte, la prima tra il 625 e il 632 e la seconda tra il 642 e il 648, quando la gestione dell'edificio fu affidata ai Benedettini.
Nel 742 la basilica fu teatro dello storico incontro tra il re longobardo Liutprando e papa Zaccaria. Il luogo dell'evento fu scelto dal sovrano dei Longobardi proprio per la presenza della salma del santo che si diceva avesse proprietà taumaturgiche. In quell'incontro Liutprando donò alla Chiesa di Roma diverse città, tra le quali Sutri.
L'attuale edificio risale però al XVII secolo, quando sotto il pontificato di papa Paolo V vennero iniziate con successo le ricerche delle reliquie del santo nel luogo in cui sorgevano le prime chiese. La nuova basilica fu ultimata nel 1618.
L'interno, di un elegante stile barocco, si presenta scandito da paraste con capitelli ionici con ghirlanda, che sorreggono un architrave dentellato; le cappelle che si aprono nei muri laterali sono decorate con altari marmorei seicenteschi. Le più ricche sono le due cappelle del transetto con altari monumentali e grandi tele. Nel transetto destro la cappella Sciamanna, con i monumenti funerari di due esponenti della famiglia, Brunoro, vescovo di Caserta e Ludovico. Sull'altare è una bella tela del Cavalier d'Arpino raffigurante S. Michele che sconfigge il demonio. Nella parte sinistra del transetto sull'altare è una tela raffigurante la Madonna coi Ss. Giuseppe e Teresa del pittore Lucas de la Haye. Nel presbiterio sorge il monumentale altare maggiore in marmi policromi realizzato nel Seicento a spese dell'Arciduca Leopoldo d'Austria. La tela presente rappresenta la Madonna che appare a S. Valentino. Ai lati del presbiterio altre due grandi tele con l'Adorazione dei Magi e l'Adorazione dei Pastori. Tutti e tre i dipinti sono opera di Lucas de la Haye.
Al di sotto del coro si apre la cripta dove è presenta un antico arcosolio che ospitava in origine le spoglie di San Valentino. In un locale attiguo sono conservati molti antichi reperti provenienti dagli scavi nell'area.
Si consiglia di verificare la corrispondenza degli orari di apertura contattando direttamente la struttura.
