Старая базилика была расположена почти у восточной границы города, в месте, которое с IV века больше не было маргинальным после того, как в 286 году к востоку была добавлена обширная территория — Термы Геркулеса, городские бани.

План Старой базилики в Милане был подобен плану более ранней, самой первой христианской базилики, выстроенной императором Константином, — базилики в Аквилее.

Миланская базилика была построена с ориентацией с востока на запад; два главных зала — оба без апсид — были разделены промежуточным залом, в который был вставлен баптистерий. Потолки, вероятно, поддерживались колоннами, были плоскими и покрытыми фресками, пол должен был быть достаточно простым, как в других миланских домах.

Южный зал двойной базилики был немного меньше, св. Амвросий называл это помещение «малой базиликой». В нем могли находиться язычники, оглашённые и кающиеся. Епископ приходил туда четыре раза в день: для заключительной хвалебной молитвы, на чтении Шестого и Девятого часа и на пении псалмов Люцернария (обряде возжигания светильников на вечернем богослужении).

Северный зал был больше, в нем совершалось таинство Евхаристии в воскресные и праздничные дни. Его по преимуществу и называли basilica vetus.

Рядом с баптистерием было также помещение для совершения обряда экзорцизма, а также консигнаторий — комната, предназначенная для таинства миропомазания (конфирмации).

Император Константин, пребывавший в Милане с 7 сентября по 12 октября 318 г., признал за властью епископов юридическую силу, равную гражданской судебной власти в пределах их юрисдикции. Поэтому можно предположить, что залы Старой базилики использовались, помимо богослужений, для решения вопросов церковного права.

В Старой базилике в конце 345 г. состоялся собор в присутствии сына Константина императора Константа и епископа Протасия. Возможно, это был последний собор, проводившийся в Старой базилике, потому что несколько лет спустя, в 350 г. новая, гораздо более обширная базилика, названная basilica nova или basilica major (Новая базилика, Большая базилика), была уже готова.

С появлением Новой базилики Старая базилика, меньшая по размеру, стала служить зимним собором Миланской архиепископии, в то время как огромная Новая базилика была летним собором. Перемещение из одной базилики в другую происходило с особенными церемониями в заранее установленные периоды: с третьего воскресенья октября духовенство служило в Старой базилике, в канун Пасхи перемещалось в Новую.

Этот переход (transmigratio) из Старой базилики в Новую самим своим названием символизировал еврейскую Пасху — бегство евреев из Египта и переход через Красное море с последующим вселением в землю обетованную. В процессии использовался ковчег из Ветхого Завета.

Обе базилики составляли так называемый «епископский комплекс» Милана, в который входили также дворец архиепископа, административные здания, жилые помещения для духовенства и приют для престарелых.

Наличие двух  близко расположенных друг к другу кафедральных соборов было обычным явлением в Северной Италии в эпоху Константина, в частности, кроме Милана две базилики были в Павии, Кремоне, Бергамо, Брешии, Комо и Верчелли.

В 452 году Милан подвергся разграблению и огню орды Аттилы. Старая базилика, которая после Халкидонского собора в 432 г., по всей видимости, была посвящена Деве Марии и пвмч. Стефану, вместе с баптистерием и домом епископа была серьезно повреждена, а в 491 году окончательно разрушена бургундами. В 512 году свят. Евсторгий II восстановил баптистерий, находившийся во внутреннем дворе исчезнувшей Старой базилики, который теперь стоял отдельно и получил имя св. Стефана.

Остатки апсиды базилики Святой Феклы можно увидеть в археологической зоне Дуомо, мозаичные полы — в подземном переходе Красной линии метро Дуомо.