La basilique, dédiée à saint Sylvestre et saint Martin de Tours, se dresse sur un édifice romain du IIIe siècle, considéré comme la demeure du prêtre Equizio. En réalité, il s'agissait sans doute d'une salle de stockage, plus tard utilisée comme lieu de culte comme en témoignent les vestiges retrouvés de peintures chrétiennes du VIe siècle.
Au IVe siècle, le pape Sylvestre construit un oratoire sur ce lieu qui, plus tard, sera transformé en une grande église dédiée à Saint-Martin de Tours. La basilique a été entièrement rénovée au milieu des années 1600. Depuis 1229, la basilique a été confiée aux carmélites. À l'intérieur repose le corps du bienheureux Angelo Paoli (1642-1720) qui a passé sa vie à sillonner les rues de Rome pour aider les pauvres et les malades. Il ne possédait rien, mais réussissait à nourrir 300 personnes par jour. Il a également fondé un hospice pour convalescents. Il a tellement aidé de monde qu'il a été surnommé le "Père des pauvres".
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