Za touto novogotickou fasádou se však skrývají vrstvy dějin sahající téměř tisíc let do minulosti. Chrám byl původně založen kolem roku 1070 knížetem Vratislavem II., který si Vyšehrad zvolil za trvalé sídlo. Zamýšlel jej jako místo posledního odpočinku svého rodu a vyňal ho z pravomoci pražského biskupství, kapitula podléhala přímo Římu. Po požáru roku 1249 byla románská podstata stavby nahrazena gotickým trojlodím. Za vlády Karla IV. byl chrám znovu přestavěn a s délkou přes 110 metrů se stal největší sakrální stavbou tehdejší Prahy. Barokní přestavbu v letech 1707–1729 řídil Francesco Maxmilián Kaňka podle plánů připisovaných Giovannimu Santinimu, z níž se ovšem při pozdější regotizaci zachovalo jen málo.
Interiér baziliky je bohatě zdoben secesní nástěnnou malbou, pilíře, stěny a klenbu hlavní lodi pokrývá cyklus světců a andělů od Františka Urbana a jeho ženy Marie Urbanové-Zahradnické. V kapli sv. Klimenta stojí románský sarkofág zvaný Longinova tumba z 11.–12. století, který je patrně hrobkou některého člena přemyslovského rodu. V klenotnici baziliky je uložena stálá expozice zlatých a stříbrných šperků, fragmentů vzácných tkanin a liturgických předmětů vyšehradské kapituly. Uchovává se zde také relikvie sv. Valentýna, lopatka světce v drahocenném relikviáři, kterou měl pro Prahu získat již Karel IV. z Říma. V roce 2003 povýšil papež Jan Pavel II. vyšehradský kapitulní chrám na papežskou baziliku minor.