Zwischen dem Ende des 4. Jahrhunderts und 440 n. Chr. wurde auf den Resten eines reichen
Domus aus der Kaiserzeit, das bis auf die Grundmauern abgerissen wurde, eine große dreischiffige Basilika errichtet, die dem Märtyrer Petrus oder den Aposteln gewidmet war.
Der Ort, die höchste Stelle die Anhöhe, die mit dem antiken Fagutale identifiziert wird, befand sich am Rande der Regio III - Isis und Serapis, wo seit der archaischen Zeit hochrangige Behausungen aufeinander folgten, in einer dominanten Position in Bezug auf die darunter liegenden Täler des antiken Stadtviertels Subura und des Forums.
Die Basilika wurde in der Anfangsphase des langen Prozesses der Christianisierung der antiken Stadt erbaut, in den Jahren vor der Plünderung durch Alarich bis drei Jahrzehnte danach. Das Szenario ist das einer Stadt, die noch keine offensichtlichen Anzeichen für ihren langsamen Niedergang aufweist. Wenn die erste Basilika aus dem Ende des IV. Jahrhunderts stammt, wurde sie vor den letzten Gladiatorenspielen einrichtet, die im nahe gelegenen Amphitheater stattfanden. Die nahegelegenen Thermen des Kaisers Trajan auf den angrenzenden Anhöhen des Oppio sind noch immer in Betrieb und die Foren werden noch lange Zeit Gegenstand öffentlicher Arbeiten sein.
Ausgrabungen in den 1950er Jahren unter der Basilika brachten Überreste aus der Zeit zwischen der archaischen Epoche und dem 4. Jahrhundert ans Tageslicht und dokumentierten, dass die Kirche nur wenige Jahrzehnte später unter Papst Sixtus IV. bzw. seinem Nachfolger Leo dem Großen fast vollständig mit der heute noch vorhandenen baulichen Anlage umgebaut wurde.
Möglicherweise befanden sich an diesem Ort seit frühester Zeit die Ketten, die vermutlich aus der römischen Gefangenschaft des Petrus stammen und heute in einem Schrein unter dem Hochaltar ausgestellt sind. Wiederum im fünften Jahrhundert platziert die Tradition das Wunder ihrer Verschmelzung mit den anderen, mit denen der Apostel im Gefängnis des Herodes in Jerusalem gefesselt war. Die Protagonisten der ersten Bauereignisse der Kirche und der Geschichte der Reliquien sind die Mitglieder der kaiserlichen Familie von Byzanz; insbesondere die Tochter von Theodosius II, Licinia Eudoxia, von der sich einer der Namen der Basilika ableiten soll:
Titulus Eudoxiae. Der Name erscheint zum ersten Mal im frühen Mittelalter zusammen mit dem Namen, den die Basilika erst im XI. Jahrhundert formell annahm,
Titulus ad Vinculis, der die offizielle Widmung
Titulus Apostolorum ersetzt, die sich auf Petrus und Paulus bezieht.
Das Innere der Basilika, mit einem Kirchenschiff und zwei Schiffen, die von antiken Säulen aus Imezio-Marmor unterbrochen werden, bewahrt viele Zeugnisse ihrer langen Geschichte: von den Inschriften in ersten Phasen bis zum Komplex der Krypta aus dem 19. Jahrhundert, die von Pius IX. im Presbyterium in Auftrag gegeben wurde. Ihr Bau führte zur Entdeckung des Sarkophags aus dem 4. Jahrhundert unter dem Altar, der die Reliquien der sieben makkabäischen Brüder enthält.
Umgestaltet durch die Baumaßnahmen während der Renaissance durch Francesco und Giuliano della Rovere, die späteren Päpste Sixtus IV. und Julius II., bewahrt die Basilika das Grabmal und einen Teil des Altars des Philosophen Nikolaus von Kues, der dem Bildhauer Andrea Bregno zugeschrieben wird, sowie weitere wichtige Persönlichkeiten der römischen Frührenaissance, wie die Brüder Pollaiolo und Giovanni Andrea de Bussi.
Michelangelos Mausoleum von Julius II. und die berühmte Moses-Statue waren lange Zeit die Hauptattraktion für Besucher. Auf den Barockaltären, die sich mit den reichen Grabmälern aus dem 17. Jahrhundert abwechseln, sind bedeutende Werke ausgestellt, wie die Trauer um den toten Christus, die Pomarancio zugeschrieben wird, und die Heilige Margareta von Antiochien von Guercino.
Das große Fresko in der Apsis, gemalt von Jacopo Coppi, bekannt als Il Meglio, stammt aus der Spätrenaissance und das hölzerne Gewölbe von Francesco Fontana stammt aus dem frühen achtzehnten Jahrhundert, mit dem von Giovanni Parodi gemalten „Wunder der Ketten“ in der Mitte.
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