La basilica romanica di san Gavino sorge nel centro storico di Porto Torres, località affacciata sullo splendido Golfo dell'Asinara, fondata sulle vestigia dell'antica colonia romana di Turris Libisonis, risalente al I secolo a.C., e sede vescovile dal 489 al 1441, anno in cui venne decretato lo spostamento della stessa a Sassari.
L’edificio religioso venne costruito nell'area archeologica del monte Agellu, dove gli studiosi hanno ipotizzato la presenza di una necropoli paleocristiana e due antiche basiliche collocabili tra il V e il VII secolo, e dove la tradizione vuole furono sepolti i martiri Gavino, Proto e Gianuario, martirizzati in epoca tardo-imperiale.
I primi dati riguardo l’esistenza della chiesa risalgono al 1082 come testimoniano il “Condaghe di San Pietro di Silki”, e il Condaghe di San Gavino" redatto nel XIII secolo, i quali ci riportano alcuni dati a proposito del committente identificato nella persona di Gonnario Comita, giudice di Torres e di Arborea, al quale successe nel 1065 il figlio, Torchitorio Barisone I de Lacon-Gunale.
La presenza di un'iscrizione datata 1111, murata lungo il prospetto nord, consente agli studiosi di collocare il completamento dei lavori entro e non oltre il primo quarto del XII secolo.
A questa se ne aggiunge una seconda datata questa volta 1492, e ospitata sul portale romanico, che commemora i lavori di rifacimento in stile gotico-catalano eseguiti nel XV secolo.
Il tempio sacro si sviluppa tra due cortili, denominati rispettivamente "atrio Comita" e "atrio Metropoli", sui quali si affacciano i due lati lunghi della struttura, di cui quello rivolto a sud accoglie due portali gigliati in stile gotico-catalano, mentre il prospetto a nord ospita l’antico portale romanico inquadrato da un grande arco a tutto sesto sorretto da colonnine con cornice nell'estradosso poggiante su due capitelli scolpiti con raffigurazione di due angeli ciascuno dei quali sorregge uno stemma.
I due lati corti della basilica sono contraddistinti entrambi da un abside semicircolari, realizzate come del resto l’intera struttura, con l’impiego di pietra calcarea della Nurra scandita da lesene e archetti pensili.
L’interno della chiesa si sviluppa su un impianto longitudinale diviso in tre navate separate da due ordini di arcate impostate su ventidue colonne di spoglio in granito rosa e marmo grigio, e tre coppie di pilastri cruciformi.
La navata centrale presenta una copertura a capriate lignea, mentre le navate laterali sono voltate a crociera; il tutto illuminato da una sequenza di monofore.
L’abside ad Ovest accoglie lo splendido altare maggiore; al contrario l’abside a Nord-Est ospita un catafalco in legno risalente al XVII secolo.
Meta ogni anno di numerosi pellegrini in visita alle spoglie dei martiri custodite nella cripta accessibile dalle navate laterali, preceduta nondimeno da un'anticripta in stile classico rinascimentale, contraddistinto dalla presenza di una serie di nicchie occupate dalle statue marmoree di martiri.