La Basílica de Santa Cecilia surge sobre la antigua casa de la santa, martirizada alrededor del año 230 d.C. La mujer, según la tradición, fue torturada por tres días en el calidarium, y finalmente decapitada por haber intentado convertir al cristianismo a diversos miembros de su familia.
Los escritos cuentan que papa Urbano I, después de haber asistido al suplicio, dio al cuerpo digna sepultura y consagró la casa transformándola en una iglesia que, ya en el VI siglo, gracias a san Gregorio Magno, se convirtió en basílica primitiva.
En la cripta se venera el cuerpo de la santa que, según la tradición, fue encontrado en las catacumbas de san Calixto por papa Pascual I, después de que ella se le apareciera en sueños indicándole el lugar exacto de su sepultura. Así, el Papa consagró en el año 821 una nueva iglesia, erigiéndola en sustitución de la que existía anteriormente.
En el año 1599, cuando el cardenal Sfondrati hizo reabrir el sepulcro de santa Cecilia, el cuerpo de la mujer fue encontrado milagrosamente intacto, vestido de blanco y con las heridas en el cuello. A Stefano Maderno se le confió la tarea de realizar una estatua en mármol, reproduciendo la posición exacta en la que el cuerpo fue encontrado.