Gracias a las excavaciones realizadas a finales del ochocientos y durante el novecientos se ha podido reconstruir la historia arquitectónica de la zona en la que se encuentran las catacumbas, que constan de tres niveles de galerías. En un principio la zona era una mina de puzolana, abandonada a finales del siglo II, fue utilizada por los romanas como lugar de sepultura pagano: se han encontrado restos de esclavos y personas libres, pero, también tumbas monumentales, particularmente en la llamada Piazzola, lugar que fue una mina a cielo abierto y en la que se excavaron tres mausoleos. La presencia de estos mausoleos, en particular delmausoleo degli Innocentiores, de imágenes iconográficas típicas cristianas, como el ancla y el pez, hace entender que en un segundo periodo el mausoleo fue utilizado también por cristianos.

Además de la Piazzola, en este periodo se inician a excavar las galerías para la sepultura. En torno a la mitad del siglo III la “Piazzola” viene enterrada creando una superficie plana. En este nivel se descubren tres monumentos: la llamada triclia, una sala utilizada para banquetes fúnebres y en la cual se han encontrado más de 600 grafitis invocando a los apóstoles, Pedro y Pablo; un monumento en mármol, que los arqueólogos consideran el lugar donde se conservaban las reliquias de los dos apóstoles en el periodo en el que estas fueron trasladadas a las catacumbas. El traslado de las reliquias de los apóstoles de San sebastiano en el siglo III a los lugares originarios al inicio del siglo IV es aún una cuestión debatida entre los estudiosos y arqueólogos. Finalmente en la primera mitad del siglo IV también fueron enterrados, para construir el lugar donde se edificaría la Basílica Constantiniana.