La basilica fu commissionata a Galeazzo Alessi dalla famiglia Sauli. I lavori cominciarono nel 1522 e continuarono per più di un secolo. Alessi disegnò un edificio con pianta quadrata, rivestito esternamente in pietra di Finale, con elementi decorativi in marmo bianco. Su ciascuno dei lati era prevista una facciata con lesene corinzie, affiancata da due campanili, di cui fu realizzata solo quella frontale. L'interno, a croce greca con quattro pilastri che reggono la cupola centrale, tradisce l’ispirazione dell’architetto ai modelli di Bramante e Michelangelo per San Pietro in Vaticano.
Pregevoli sono anche i dipinti tra cui spiccano quelli di Domenico Piola, del Guercino, del Procaccini e, in particolare, la Pietà di Luca Cambiaso posta nel terzo altare, presso la tomba di Cristoforo Sauli. Sontuoso si presenta, l’organo ligneo, uno fra i più significativi dell’arte organaria in Liguria, costruito negli anni 1656–60 dal fiammingo Willem Hermans.