Dal punto di vista architettonico, il complesso paleocristiano della basilica intitolata ai SS. Felice e Fortunato è fra i più importanti del Veneto. Esso sorge nel V secolo, sui resti di edifici preesistenti. Uno di questi edifici è la cosiddetta “basilica antica”, già esistente nel IV secolo. Di questa basilica antica sono stati individuati ampi tratti di fondamenta, che hanno consentito di ricostruire la pianta: l'edificio era formato da un'aula rettangolare, preceduta da un atrio e affiancata da ambienti di servizio. Il nuovo complesso monumentale era assai più ampio dell’antico: si sviluppava su tre navate, era ricoperto di mosaici, ed aveva un nartece, cui fu aggiunto in seguito un quadriportico. Parte importante - e tuttora esistente - di questo complesso era il sacello di santa Maria Mater Domini. La struttura attuale è frutto della ricostruzione romanica della seconda metà del X secolo, dopo le devastazioni degli Ungari, e delle modifiche apportate nel XII, dopo i gravi danni provocati dal terremoto del 1117. Altre trasformazioni di rilievo, sono state attuate nel XV e nel XVII secolo. Da ultimo, l’edificio è stato modificato con una serie di lavori che si è protratta dal 1939 al 1993.
L’esterno è caratterizzato dall’alto campanile, leggermente inclinato rispetto all’asse verticale. Distrutto a metà dal terremoto del 1117, fu ricostruito nel 1160 fino alla cella campanaria. Il tiburio risale al Quattrocento, così come la balconata scaligera che poggia su archetti sporgenti. La facciata - in mattoni - è semplice e lineare, interrotta da lesene lievemente aggettanti e da due semicolonnine che fiancheggiano il portale.
L’interno conserva alcune notevoli tele di G. Carpioni ("La strage dei martiri innocenti", "Le sante Cassia, Innocenza, Gaudenzia e Neofita", "Il martirio dei santi Vito, Modesto e Crescenzia") e di A. Maganza ("San Valentino risana gli infermi"). Stupendo è il tabernacolo del Quattrocento, esempio di gotico fiorito.
