La Basilica di Sant’Antioco Martire, sorta sulla tomba del Santo, è uno dei monumenti più antichi dell’intera regione. Prima sede vescovile della Diocesi Sulcitana Iglesiente, fu eretta intorno al V sec., con pianta quadrifida a croce greca, presbiterio rivolto ad Est ed un probabile corpo cupolato poi rivisto ed arricchito di elementi architettonici. Nel XII sec. la chiesa di Sant’Antioco subì degli ampliamenti che ne mutarono la struttura fino a rendere irriconoscibile l’originaria costruzione altomedievale. Ascrivibili a questa data sono:
l’inserimento delle navate laterali e l’allungamento della navata centrale, con il conseguente abbandono della croce greca; la costruzione dell’abside maggiore e della cappella a Nord; una totale copertura delle pareti con intonaci ed affreschi di scarsa rilevanza artistica, sottratti alle mura solamente nel 1966. È ammissibile che la pavimentazione bizantina, presumibilmente musiva, sia andata rovinata e poi perduta a partire da suddetto secolo. I lavori di ampliamento non terminarono nel 1100, ma si deve giungere al XVIII sec. Per vedere un ulteriore prolungamento delle navate e la creazione di una facciata in stile provinciale tardo barocco.
Dopo l’intervento di ripristino del ’66, un’ultima considerevole scoperta all’interno della Basilica consiste nel ritrovamento di una fonte battesimale quadrata in pietra e di quattro sarcofagi, rinvenuti privi di qualsiasi materiale, in una campata della navata laterale: un primo studio suppose l’esistenza, nel periodo paleocristiano, di un luogo battisteriale esterno al Martyrium del V sec., caduto in disuso forse in epoca vittoriana.