Inutile cercarne la facciata. Sono, infatti, due absidi a chiudere gli estremi della basilica, edificata nel XI secolo sul monte Agellu, fin dall'epoca romana destinato a luogo di culto e sepoltura, come documentano la necropoli pagana e paleocristiana rinvenuta sotto l'atrio Metropoli, a sud del tempio romanico, e i resti di una chiesa del IV-V secolo che affiorano in atrio Comita, a nord della basilica. Le sue grandiose forme esterne, scandite da archi poggianti su lesene, tradiscono la provenienza pisana delle maestranze, così come il portale con lunetta sulla parete nord; l’altro, di scuola aragonese, fu aggiunto nel XVI secolo, mentre è quattrocentesco quello gemino sulla parete sud, d’impronta gotica catalana. Austera solennità, nella fioca luce di sottili monofore, trasmettono le tre navate interne, scandite da colonne recuperate da edifici di epoca romana e con elementi paleocristiani. Sono aggiunte seicentesche la cripta, che accoglie le reliquie dei martiri Gavino, Proto e Gianuario, e il catafalco in legno con le statue dei tre santi sistemato nell'abside di nord-est.