E' uno dei più antichi e interessanti edifici paleocristiani della Sardegna. 
Il primo impianto sarebbe sorto come "martyrium", in un periodo compreso tra il V e il VI secolo d. C., in onore del martire cagliaritano Saturnino martirizzato nel 304 sotto Diocleziano. 

Nel 1669 la basilica fu in parte smantellata per ricavarne materiali utili alla ristrutturazione della Cattedrale di Cagliari. Concessa nel 1714 alla corporazione dei Medici e degli Speziali, fu re-intitolata ai santi Cosma e Damiano. L'area circostante, oggetto di scavi archeologici, ha restituito numerose sepolture di età romana e bizantina. 
Il monumento si trova nella piazza San Cosimo nelle cui vicinanze è possibile ammirare la Chiesa della Vergine del Rimedio - San Lucifero.