La basilica di Sant'Ambrogio, antica chiesa della città, risale al periodo compreso tra il 379 e il 386 e fu voluta dal vescovo di Milano Ambrogio. La struttura religiosa è stata edificata nel luogo in cui erano stati sepolti i cristiani martirizzati dalle persecuzioni romane; non a caso lo stesso vescovo voleva conservarvi tutte le reliquie dei santi martiri. All'IX secolo risalgono i lavori di ristrutturazione voluti dal vescovo Angilberto II a cui si deve anche l'aggiunta dell'abside, preceduta da un ambiente sovrastato da volta a botte, sotto il quale si svolgevano le funzioni liturgiche. Allo steso periodo risale la decorazione del catino dell'abside con un mosaico che raffigura il Redentore in trono tra i martiri Protasio e Gervasio e con gli arcangeli Michele e Gabriele, corredato da due episodi della vita di Sant'Ambrogio. Al ciborio, di epoca paleocristiana, vennero aggiunti quattro fastigi con timpano, decorati con stucchi; mentre nella parte sottostante vi venne collocato l'Altare di Sant'Ambrogio, in oro, argento, dorato, pietre preziose e smalti. Tra il 1088 e il 1099, per volere del vescovo Anselmo, la basilica venne ricostruita secondo i canoni dell'architettura romanica, mantenendo comunque l'originario impianto a tre navate e tre absidi, oltre al quadriportico. Al XII secolo risale l'aggiunta del tiburio caratterizzato esternamente da gallerie con archetti. La pianta della basilica è longitudinale e ha le medesime dimensioni del portico antistante. La facciata è a capanna con due logge sovrapposte, di cui quella inferiore ha tre arcate uguali, mentre quella superiore ha cinque arcate. Internamente la chiesa presenta volte a crociera a costoloni, ed ogni arco delle volte poggia su un semipilastro o una semicolonna che confluiscono nel pilastro a fascio. Le volte delle navate laterali, poggiano su pilastri minori e reggono i matronei. Nella zona antistante la basilica vi è il quadriportico che originariamente aveva la funzione di raccogliere le masse di catecumeni. Nel cortile interno, sono presenti delle arcate sostenute da pilastri fiancheggiati da semicolonne. A destra della chiesa si erge il campanile dei monaci, risalente all' VIII secolo, che ha l'aspetto tipico delle torri di difesa; mentre sulla sinistra, si trova il campanile dei canonici, del 1144. Quest ultimo riprende gli stessi concetti del quadriportico. Nella piazza, a sinistra della basilica, è presente una colonna, detta "del diavolo", risalente al periodo romano. Secondo la leggenda, questa colonna fu testimone di una lotta tra Sant'Ambrogio ed il demonio che nel tentativo di colpire il santo con le corna finì per conficcarle nella colonna. Al vertice della colonna poggia il Serpente di Mosè, una scultura in bronzo donata dall'imperatore Basilio II nel 1007.