La basilica fu eretta poco prima del 526 dal Teodorico, che la destinò al culto ariano, dedicandola al Salvatore. Dopo la cacciata dei Goti la chiesa, verso il 561, fu riconciliata al culto cattolico e fu dedicata a S. Martino di Tours. Verso la metà del IX secolo il sacro edificio cambiò ancora una volta denominazione: essendovi state trasportate le reliquie di S. Apollinare - che fino ad allora eran custodite nella basilica extraurbana di Classe - fu chiamata S. Apollinare Nuovo.
Sembra che la facciata fosse un tempo racchiusa da un quadriportico; ora è preceduta da un semplice e armonioso portico di marmo del secolo XVI. Svetta a destra il bel campanile cilindrico, caratteristico delle costruzioni ravennati, opera del IX-X secolo.
L'interno è diviso in tre navate da due file di dodici colonne ciascuna, le quali, insieme col pavimento, all'inizio del secolo XVI furono rialzate di m 1,20 rispetto al livello originario. Sulla linea di divisione tra la navata mediana ed il vano absidale sono state collocate tre transenne marmoree ed un pluteo. Al centro del presbiterio si ergono quattro colonne di porfido, sormontate da tipici capitelli bizantini, che dovettero far parte dell'antico ciborio posto a copertura dell'altare. Dal XVI secolo il soffitto è a cassettoni.
Originariamente la decorazione musiva ricopriva anche l'abside ed il muro di controfacciata; oggi rimane solo quella lungo le pareti laterali della navata centrale, che s'articolano in tre fasce orizzontali sovrapposte: la prima corre in alto vicino al soffitto, la seconda si sviluppa negli interspazi delle finestre, la terza si svolge nella zona più bassa, immediatamente al di sopra degli archi sorretti dalle colonne. Tutti i mosaici sono di età teodoriciana, ad eccezione delle zone mediane delle fasce inferiori delle due pareti, che risalgono a poco dopo la metà del VI secolo. Si notino in particolare le teorie delle Vergini e dei Martiri, che rappresentano uno dei più tipici esempi dello stile bizantino.
