La basilica di Sant'Ambrogio è un capolavoro dell'architettura romanica lombarda. Fu fondata negli ultimi anni del IV secolo dopo Cristo da Sant'Ambrogio, uno dei Dottori della Chiesa, famoso per la sua eccezionale eloquenza e per l'autorevolezza che dimostrò sia in campo religioso che in campo politico. Fu poi ricostruita tra il XI e il XII secolo in stile romanico e l'ampio atrio con pilastri e capitelli presenta decorazioni scultoree ricche di dettagli interessanti. La facciata, bassa e compatta ma alleggerita da ampie arcate, è affiancata da due campanili: il primo e più basso del IX secolo, mentre il secondo più alto fu eretto nel XII secolo. Il portale della chiesa, ristrutturato nel XVIII secolo, mostra ancora i battenti in bronzo del IX secolo.

L'interno custodisce alcuni importanti reperti: nella navata centrale si trova un notevole ambone in stile romanico bizantino; l'altare maggiore è poi rivestito con un ricco paliotto laminato d'oro, capolavoro dell'arte orafa dell'età carolingia. Al fondo della navata destra si può vedere la Cappella di San Vittore, che custodisce dei mosaici risalenti all'epoca della prima basilica ambrosiana del V secolo. Al fondo della navata sinistra si trova un altro ingresso, costituito dal portale realizzato dal Bramante in epoca rinascimentale.

Ambrogio, nato a Treviri in Germania, discendeva da un'antica famiglia di nobiltà romana al servizio dell'imperatore ed era perciò un importante funzionario imperiale. La sua mediazione fu essenziale per la pacificazione dei cristiani di Milano, divisi dalla eresia Ariana, che negava la natura divina di Cristo e sostenuta dal precedente vescovo Assenzio. Milano era stata la sede imperiale scelta da Costantino per l'emissione del famoso editto del 313 con cui si concedeva libertà di culto per i cristiani ed era quindi altamente simbolica. Ambrogio fu eletto vescovo per acclamazione dai milanesi prima ancora di essere battezzato.

Sant'Ambrogio rinnovò la liturgia e anche il calendario della chiesa, secondo il cosiddetto "Rito Ambrosiano" ancora oggi seguito a Milano. Grazie al suo prestigio, Agostino si convertì al Cristianesimo e l'imperatore Teodosio fu costretto a fare pubblica penitenza a seguito della scomunica che Ambrogio emise contro di lui per aver interferito politicamente nella vita della chiesa senza averlo prima consultato. La sua tomba è custodita nella cripta dietro il coro, insieme a quelle dei santi Gervasio e Protasio.