Costruita alla fine del VI sec. dall'arcivescovo Pietro (570-578 d.C.) e Giovanni II (578-595 d.C.) per ospitare il corpo del santo, la basilica venne distrutta nel 1820 e fu oggetto di scavi fra il 1964 e il 1967. L’edificio, ubicato all'interno della città di Classe nelle immediate vicinanze delle mura, era dotato di un campanile a pianta circolare trasformata in quadrata nel Medioevo, aveva tre navate con nartece e abside poligonale esternamente e semicircolare internamente. Fu poi ridotta ad un'unica navata (1468-1475) e a metà del XVIII secolo la chiesa venne completamente ricostruita dai monaci camaldolesi di Classe, che ne modificarono l'orientamento (da est a ovest). L'edificio è fiancheggiato da due sacelli, uno dei quali ospitava la prima sepoltura di S. Severo, testimoniata anche da un’iscrizione musiva con il nome del santo. Diversi apparati musivi (conservati presso Museo Nazionale di Ravenna e Cripta del Palazzo della Provincia di Ravenna), con figure di animali - volatili, pesci, quadrupedi - circondate da motivi geometrici e zoomorfi, documentano i rivestimenti pavimentali originali e i successivi rifacimenti e confermano la datazione dell'impianto entro la seconda metà del VI sec. d.C. Attorno alla chiesa vi era una necropoli di epoca imperiale, che presumibilmente risaliva a prima dello sviluppo urbano di Classe e dove doveva esserci sepolto il santo, la cui tomba venne monumentalizzata successivamente con la costruzione dei sacelli. Sotto il livello della chiesa si è rinvenuto un edificio di età imperiale romana (epoca adrianea) con mosaici pavimentali bianchi e neri con motivi geometrici, vasche, fognature e impianto di riscaldamento. Si ritiene si tratti dei resti di una villa suburbana, di cui è stato posto in luce l’impianto termale.