Wybudowany w IX wieku w stylu bizantyjskim kościół San Polo na przestrzeni wieków był dwukrotnie przebudowywany (dwie kolumny nośne pobliskiej dzwonnicy to prawdopodobnie część oryginalnej konstrukcji). Pierwsze poważne prace nad przebudową kościoła miały miejsce w XV wieku. Ślady tych prac zachowały się jako późnogotyckie zdobienia w ołtarzu Bartolomeo Bon. Drugi remont miał miejsce w 1804 roku, w którym to Davide Rossi przebudował kościół w stylu neoklasycystycznym. Niedawne prace konserwatorskie ujawniły pozostałości gotyckiej świątyni. Do czasów obecnych zachowała się prawie w całości konstrukcja nośna dawnej świątyni w postaci drewnianego stropu i apsyd w prezbiterium.
Surowe wnętrza zawierają kilka cennych dzieła sztuki. Nad pierwszym ołtarzem po prawej stronie widać dwa dzieła Jacopo Tintoretto: Ostatnia Wieczerza i Wniebowzięcie NMP.
Prezbiterium jest zdominowane przez prace Palma il Giovane. Ołtarz zdobi malowidło Paolo Veronese ukazującym zaślubiny Marii i Józefa. Drugi ołtarz w północnej nawie zawiera dzieło Giambattisty Tiepolo przedstawiające objawienie się Marii św. Grzegorzowi.
W zakrystii bazyliki znaleźć można XVIII-wieczne Oratorium Ukrzyżowanie, 14 stacji Drogi Krzyżowej zostało namalowanych przez Giambattisty Tiepolo, syna Giandomenico.