La basilica paleocristiana fu edificata nell'VIII secolo per celebrare la vittoria dei Napoletani sui Saraceni. Si eleva, in posizione scenografica, al sommo della seicentesca scalinata, dominando l'intera piazza San Gaetano. Fu costruita sul sito in cui si apriva originariamente il foro greco-romano, sui ruderi dell'antico tempio dei Dioscuri, di cui aveva la stessa ampiezza e ne conservava il portico ed il timpano.
Nel 1538, la chiesa paleocristiana fu affidata ai Chierici Regolari Teatini presenti a Napoli dal 1532 con il loro fondatore San Gaetano Thiene, da cui prende appunto nome la piazza in cui si trova. La stessa basilica viene anche detta di San Gaetano.

Dal 1583, diedero inizio ad alcune trasformazioni: dapprima il transetto, l'abside e la nuova navata sotto la direzione dell'architetto teatino Francesco Grimaldi e dal 1588 al 1589 seguiti da Giovan Battista Cavagna.
La chiesa fu costruita inizialmente ad unica navata, ma dal 1626 al 1630 l'interno fu trasformato ed ampliato grazie all'opera di Giovan Giacomo di Conforto, che aggiunse le due navate minori e le cappelle laterali.
Nel 1671, la facciata della chiesa fu ampliata e collegata al pronao del tempio pagano eliminando la distanza tra i due edifici precedentemente sistemata a giardino.
L'ampliamento ed alcuni crolli avvenuti a causa del terremoto del 1688 portarono ad interventi sulla facciata ad opera di Arcangelo Guglielmelli, che inglob� nel prospetto due colonne corinzie dell'antico tempio romano ai lati dell'ingresso, uniche superstiti di otto colonne, che furono legate alla facciata per mezzo di due architravi.
La facciata fu modificata poi di nuovo, nella seconda met� del Settecento.

Ai lati della colonne sono presenti in due nicchie le statue dei Santi Pietro e Paolo. Priva di cupola, � a croce latina, a tre navate con cappelle laterali ed abside poligonale, fiancheggiata da due cappelle. Le navate minori presentano un'alternanza di cupolette ellittiche e di volte a crociera. Nella facciata interna, Santolo Cirillo, nel 1737, rappresent� la Dedicazione del tempio di Salomone. Sulla sinistra del presbiterio, � presente la cappella Firrao (la cui impostazione complessiva si deve al Fanzago), elegantemente decorata da tarsie marmoree tra il 1640 ed il 1642; conserva due sculture di Giulio Mencaglia raffiguranti la Madonna delle Grazie e Antonino Firrao posto sulla destra, mentre sulla sinistra il ritratto di Cesare Firrao � opera di Giuliano Finelli, collaboratore del Bernini a Roma.

Nella navata destra, c'� l'ingresso al succorpo di San Gaetano ed all'ipogeo che fu disegnato da Francesco Solimena all'inizio del XVIII secolo e da lui affrescato.
L'altare maggiore del presbiterio � del teatino Anselmo Cangiano cos� come il ciborio di pietre rare, a forma di tempietto, che fu realizzato da Raffaele Mytens, detto il Fiammingo. Nella volta della navata centrale, si conserva in stato frammentario uno stupendo ciclo di affreschi tra i pi� importanti di Massimo Stanzione del 1644, gravemente danneggiati durante i bombardamenti del 1942, raffiguranti le gesta degli apostoli Pietro e Paolo.
Nella sagrestia, � presente un ciclo pittorico tardo barocco affrescato da Francesco Solimena negli anni 1689-90, la Caduta di Simon Mago e la Conversione di San Paolo, nelle due pareti di fondo, e le Allegorie delle Virt�, nella volta. Nell'antisagrestia, un gruppo marmoreo dell'Angelo Custode, opera di Domenico Antonio Vaccaro, che pu� considerarsi tra le pi� importanti realizzazioni scultoree del Settecento napoletano, databile tra il secondo ed il terzo decennio del secolo.