Fu questa la più antica cattedrale, rimasta in uso anche in età altomedievale senza che l'originario impianto paleocristiano subisse sostanziali modifiche. Un documento del 1028 ricorda la dedicazione della Basilica, indicata come S. Maria que est episcopio. Nel 1034 l'avvio della realizzazione della nuova cattedrale romanica ne decretò la demolizione. Numerosi resti sia murari che pavimentali del primitivo edificio sono visibili percorrendo i diversi vani del succorpo.
Nell'ambiente in cui ora ci troviamo si può osservare, in affioramento a ridosso della serie di pilastri a sinistra, il muro (stilobate) su cui poggiavano le basi delle colonne divisorie tra la navata centrale e quella sinistra della Basilica, riportato alla luce dagli scavi archeologici. Alla sua estremità si innesta un breve tratto superstite dell'abside. Sono qui visibili inoltre alcuni brani del bel pavimento a mosaico policromo, conservatosi più estesamente nel vicino ambiente detto del "mosaico di Timoteo", che rivela a tratti stesure più antiche a testimonianza del lungo arco di vita della chiesa.
Frammenti della decorazione pittorica che ravvivava le pareti della Basilica si possono osservare negli ambienti laterali del succorpo, mentre nessuna scultura si è conservata in situ. E' tuttavia assai probabile che numerosi elementi lapidei scolpiti (capitelli, basi e lastre), reimpiegati nella cattedrale medievale ovvero conservati nel Museo Diocesano, provengano dall'antico edificio.