Assai complesso è il problema dell'identità di tali reliquie: il Martyrologium heronimianum del 450 afferma trattarsi di quelle di Giovanni, Andrea e Tommaso, che forse Ambrogio stesso si era procurato a Concordia o ad Aquileia nel 381, altri suppongono fossero reliquie di Paolo e Pietro alle quali solo più tardi si sarebbero aggiunte quelle degli altri tre apostoli.
L'edificio paleocristiano, di cui restano integralmente la pianta e l'alzato fino all'altezza della copertura romanica, è ricostruibile grazie ad una serie di indagini archeologiche operate per lo più nel corso dei restauri tra il 1947 e il 1974 e di cui resta purtroppo inadeguata documentazione; presenta un impianto a croce libera, allora inedito per l'Occidente, che ha il suo modello, anche ideologico, nell'Apostoleia di Costantinopoli - progettata da Costantino come suo mausoleo - e che trova riscontro ancora in Oriente nel pressoché contemporaneo martyrum di S. Babila di Antiochia e nel martyrum di S. Giovanni a Efeso.
Si tratta di una croce latina di m 56 x 45,30, larga m 14,20 e alta m 13,15 dotata in origine di presbiterio a terminazione piana.
I due bracci della croce sono costituiti da due ambienti rettangolari animati da esedre ad emiciclo - forse a destinazione funeraria che si aprono sulla navata mediante un triforium .
Il tetto a doppio spiovente di questi due ambienti era ad un livello inferiore a quello della navata e come questo a capriate lignee e con soffittatura piana.
Tale copertura lignea andò distrutta nel grande incendio del 1075 divampato nel brolium dell'Arcivescovo, che allora copriva all'incirca la zona dell'attuale Università statale.
La copertura venne rifatta, quindi, con le tipiche crociere romaniche.
Al centro, nel punto di incontro degli assi della croce, era l'altare con le reliquie degli apostoli collocati entro la nota capsella (contenitore per reliquie) argentea.
Poiché al momento del rinvenimento della teca, effettuato dal cardinale Carlo Borromeo nel 1579, entro questa era conservata anche la teca di Manlia Dedalia, si ritiene che questo secondo contenitore sia stato utilizzato per una nuova deposizione di reliquie apostoliche.
Il titolo di basilica Apostolorum è già in Paolino, mentre solo più tardi si afferma quello di S. Nazaro, le cui reliquie Ambrogio rinvenne il 10 maggio del 395 , presso il Campo dei Tre mori a Porta Ludovica.
Si ritiene che proprio in seguito all'inventio (ritrovamento delle reliquie) il vescovo abbia modificato il presbiterio della basilica Apostolorum con l'aggiunta della Domus Nazarii impropriamente detta abside : non è mancato tuttavia chi l'ha ritenuta già prevista nell'impianto originario.
E' certo in ogni caso che dalla fine del IV sec.
La basilica dispone di due poli devozionali; l'altare con le reliquie degli Apostoli e, "in capite templi", il sepolcro di Nazaro: quest'ultimo messo in luce dagli scavi del Villa è risultato internamente rivestito di lastre marmoree.
