Fundatorem pierwszego kościoła był doża Angelo Partycipazio. Konsekracja odbyła się, w 832 ale już w 976 pożar powstały podczas powstania przeciwko doży zniszczył kościół i Pałac Dożów (Palazzo Ducale).

W latach 1063 – 1094 kościół został odbudowany. Budowla wzorowana na konstantynopolskim kościele św. Apostołów (używana jest także nazwa kościół Dwunastu Apostołów) zastała zaprojektowana w stylu bizantyjskim na planie krzyża greckiego z pięcioma kopułami rozmieszczonymi nad nawami w ramionach krzyża i nad polem w przecięciu się naw. Konstrukcja czasz przypomina rozwiązania architektury islamu. Podobne kopuły wykonano nad meczetem Umara w Jerozolimie i nad mauzoleum dynastii Fatymidów w Kairze.

Fasada była wielokrotnie rozbudowywana i przebudowywana. Po 1204 dobudowano narteks otaczający ramię wejściowe kościoła. Zgodnie z życzeniem doży Domenico Selvo, każdy statek wenecki zobowiązany był do przywożenia darów służących ozdobie nowej świątyni. Stąd różnorodność stylistyczna wielu detali architektonicznych pochodzących z różnych miejsc i wykonanych na przestrzeni długiego okresu czasu. Mimo wszystko kościół zachował swój niepowtarzalny urok.

Od strony Placu św. Marka kościół zdobi szeroka (52,0 m) fasada z pięcioma portalami zwieńczonymi półkolistymi tympanonami ozdobionymi barwnymi mozaikami. Nad skrajnymi drzwiami po lewej stronie znajduje się mozaika z ok. 1260 r. przedstawiająca fasadę bazyliki (jest to najstarsze zachowane przedstawienie budowli). Mozaika nad drzwiami z lewej strony (obok wejścia środkowego) przedstawia sprowadzenie ciała św. Marka. Środkowy portal zdobi romańskie obramowanie. Na środkowym łuku umieszczono alegorie pór roku i 12 miesięcy, łuk zewnętrzny zdobią postacie rzemieślników weneckich. Mozaika przedstawia zmartwychwstałego Chrystusa. Dekorację drzwi rozpoczęto ok. 1255 r. a ukończono na początku XIV wieku.

Nad portalami znajduje się pozioma galeria ('Loggia dei Cavalli, dostępna dla zwiedzających). Środkową jej część zdobią cztery konie z kwadrygi. Są to kopie (oryginały znajdują się w Museo Marciano) rzeźby przywiezionej w 1204 r. z konstantynopolskiego hipodromu na polecenie doży Enrico Dandolo. Kwadryga z czwórką koni, wykonana z pozłacanego brązu najprawdopodobniej w II wieku p.n.e. (rzeźba jest datowana na okres od IV wieku p.n.e. do I wieku p.n.e.). Jest to jedyna tego typu rzeźbą zachowana do naszych czasów. Stała się symbolem potęgi miasta. Napoleon Bonaparte, po zdobyciu miasta kazał wywieźć ją do Paryża, skąd powróciła po przejściu miasta pod zwierzchnictwo austriackie. Powyżej galerii, w osiach drzwi, cztery półkoliste pola obramowane ostrymi łukami w stylu późnego gotyku lombardzkiego z elementami wczesnego renesansu florenckiego (XIV-XV wiek). Cztery z nich zdobią XVII-wieczne barokowe mozaiki z scenami z życia Chrystusa. Na szczycie środkowego łuku umieszczona jest statua św. Marka, dzieło Niccolo Lambertiego, poniżej złoty lew św. Marka. W narożnku fasady, przy głównym wejściu do pałacu Dożów - Porta della Carta, umieszczona jest starożytna (z IV wieku) rzeźba z czerwonego porfiru przedstawiająca grupę tetrachów.

Wnętrze bazyliki prezentuje się bardziej jednolicie. Wnętrze jest podzielone rzędami marmurowych kolumn o złoconych korynckich głowicach. Nad nawami bocznymi umieszczono empory otwarte do wnętrza kościoła. Dolne partie ścian i filarów pokrywają płyty marmuru a powyżej nich oraz na powierzchniach posadzki, kopuł i sklepień umieszczono bogate mozaiki ze złotych i szklanych tesser. Do ich ułożenia doża Domenico Selvo sprowadził artystów z Konstantynopola. Dość szybko dołączyli do nich miejscowi uczniowie, którzy opanowali sztukę wytwarzania tesser ze szkła (jeden z najlepszych warsztatów założono na wyspie Murano). Pierwsze mozaiki w większości zostały uszkodzone przez pożar w 1106 r. Zastąpiono je wykonanymi przez miejscowych mistrzów w stylu naśladującym sztukę bizantyjską. Cechy bizantyjskie zostały połączone z elementami romańskimi i wczesnochrześcijańskimi. Większość mozaik pochodzi z XII – XV wieku. W sumie pokrywają ok. 4000 m2. Bogate sceny figuralne, ornamenty roślinne, geometryczne i zoomorficzne, tworzą bogactwo obrazów trudne do ogarnięcia podczas jednorazowego pobytu we wnętrzu kościoła. Najstarszy fragment mozaiki (z XIII wieku) zachował się w narteksie, jest on inspirowany malarstwem miniaturowym z V - VI wieku.

Za głównym ołtarzem znajduje się cenny zabytek jubilerskiej sztuki bizantyjskiej Złoty Ołtarz (Pala d'Oro). Pierwsza plakietka ołtarza została wykonana w Konstantynopolu w 976 r., sprowadził ją do bazyliki doża Pietro II Orseolo. W XII wieku została zastąpiona nową, wielokrotnie przerabianą i wzbogacaną. W 1209 dodano do jej górnej części 6 kolejnych plakietek przywiezionych z Konstantynopola (pochodzą one z kościoła Hagia Sophia lub klasztoru). Kolejne elementy elementy dodano w 1345. W plakietce o wymiarach 3,40 x 1,40 m umieszczono emaliowane płytki i krążki, figurki i szlachetne i półszlachetne kamienie, w tym 1300 pereł, 300 szmaragdów, 300 szafirów, 400 granatów i 15 rubinów.

W północnej części nawy głównej znajduje się Capitello del Crocifisso. Krucyfiks przywieziony w 1204 r. z Konstantynopola osłania cyborium wsparte na 6 kolumnach z afrykańskiego marmuru z bizantyjskimi, złoconymi głowicami. Na szczycie baldachimu umieszczono agat o średnicy 31 cm. W kaplicy, we wschodniej części północnego transeptu znajduje się ikona Madonny Nikopea, namalowana w X wieku.

Dwie ambona to zabytek z początków XIV wieku. Z ambony po prawej stronie ołtarza przedstawiano ludności nowego dożę.

Do południowej części transeptu przylega XIV-wieczne baptysterium, ufundowane przez dożę Andreę Dandolo. Ściany baptysterium zdobią mozaiki związane z wenecką szkoła ludową.