Après la décapitation de Saint Valentin, le corps fut transporté à  Terni et enseveli à l’endroit où s’élève aujourd’hui l’actuelle Basilique. Dans cette zone se trouvait à l’origine un cimetière païen et, en 1605, le Saint Corps fut retrouvé, conservé par les Frères Carmes. Sur le cimetière fut érigée une première basilique qui, au fil des siècles, subit destructions et reconstructions.
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La façade du XVIIe siècle, l’élégant portail et la grande fenêtre centrale ont été restaurés en 1854. L’intérieur est à nef unique, décorée de chapiteaux ioniques guirlandés soutenant une architrave dentelée. Dans les murs latéraux s’ouvrent deux chapelles de chaque côté, avec d’élégants autels de marbre du XVIIe siècle et des peintures à l’huile sur toile du XVIIe siècle.
Dans le Chœur, en correspondance de l’urne contenant les dépouilles de Saint Valentin, se trouve un petit autel du XVIIe siècle qui renferme une peinture ovale sur toile représentant le Martyre de Saint Valentin.
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À côté du maître-autel se détache « La Vierge apparaît à Saint Valentin », placé sur le fond de la Ville de Terni près de deux élégants flambeaux en marbre coloré, disposés de part et d’autre du presbytère. Les vestiges de la « zone valentinienne » ont été placés dans une salle attenante et constituent le petit Musée de Saint Valentin.
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Dans le Musée se trouvent des inscriptions et des dalles païennes et chrétiennes, des restes de décorations architecturales, un sarcophage d’époque romaine et de petits fragments mis au jour lors des nombreuses restaurations de la Basilique au cours des siècles.
