전해 내려오는 이야기에 따르면, 사도가 처형당한 직후 그의 시신은 당시 열심한 신자였고 사도를 따르던 루치나 부인 가문의 소유지에 묻혔다고 한다. 그 후 초기 그리스도교인들이 사도 베드로의 무덤과 함께 비 밀리에 관리해 오다가, 313년 콘스탄티누스 대제가 그리스도교 박해를 끝낸 후 두 사도의 무덤 위에 기념 대성당을 지었던 것이다.
사도 바오로의 기념 성당은 당시 교황이었던 성 실베스테르 1세가 콘스탄티누스 대제에게 제의하여 이루어졌으며, 사도 베드로의 무덤 위에 콘스탄티누스 대제의 기념 대성당을 세우고 축성하던 날인 324년 11월 18일, 이곳 사도 바오로의 무덤 위에도 콘스탄티누스 기념 대성당보다는 규모가 작았지만, 역시 기념 성당을 세워 같은 날 동시에 교황의 축성을 받았다고 한다.
성 바오로 성당은 1823년 대 화재로 말미암아 대성당 건물은 물론이고, 내부에 그려져 있던 벽화를 비롯하여 모자이크 등 역사적인 보물은 거의 다 손실되었거나 파괴되었다. 비오 7세의 후임 교황인 레오 12세는 즉위하자 곧 바오로 대성당의 재건을 위해 전 세계 교회에 특별 요청을 하였다. 정면은 거대한 기둥으로 장식되었으며, 필립포 아그리콜라의 모자이크를 장식하였다. 정문 입구 양옆에는 기둥을 파서 만든 벽감이 있으며, 그레고리오 차팔라가 제작한 베드로와 바오로 상이 각기 안치되어 있다. 1931년에는 안토니오 마라이니가 조각한 청동문이 세워졌으며, 그 문에는 베드로와 바오로의 생애에 대한 내용이 부조되어 있다. 성문은 그 오른쪽에 있다. 성 바오로 사도의 무덤위에 있는 교황제대 위의 천개 장식은 13세기의 작품이며 화재 때에도 손상되지 않은 승리의 아치는 5세기 고트 왕후 갈라 플라이디아가 기증한 것이다. 유리 대신 사용한 대리석은 에집트의 부왕 모하멧 알리가 기증한 것이고 맨 끝에 있는 제대는 러시아 황제 니콜라이 1세가 기증한 것이며 뒷면의 모자이크도 화재를 면한 13세기의 작품이다. 천장은 회벽토와 화려한 대리석 장식으로 꾸며졌으며 모든 기둥위에는 베드로에서 바오로 6세에 이르는 교황의 초상이 있다. 원래 대성당의 설계도대로 복원하였고, 1854년에 교황 비오 9세가 축성하였다. 원래의 대성당이 있었던 바로 그 자리에 전과 똑같이 건축된 것으로 길이는 132미터, 폭 30미터로서, 로마에서는 베드로 대성당 다음으로 규모가 크며, 전 세계 10대 대성당 중의 하나 이다