Da den nuværende Kirke Santi Marcellino e Pietro skulle bygges og den gamle faldefærdige kirke derfor blev revet ned, blev der foretaget omfattende udgravninger i området, hvorunder man fandt mange antikke bygningsrester. Samtidig sørgede man for en grundig redegørelse for den gamle kirkes opbygning og indretning.

Den gamle kirke var bygget lidt længere tilbagetrukket fra Via Merulana end den nuværende, den havde oprindeligt 3 skibe med en buet apsis og lå midt på en stor åben grund omgivet af træer og marker.

Omkring 1589 var kirken så forfalden, at man måtte lukke det venstre sideskib helt og mure en væg op mellem den venstre række søjler. Også en del af det højre sideskib var ustabilt og den nederste del måtte mures til, så kirken endte med at have et enkelt skib og et stort sidekapel i højre side.

I Den Gamle Kirke stod et alter "Tabernacolo della confessione", det var hævet 5 trin over hovedskibets gulv og havde ved siden 4 søjler.

Under højalteret var der en lille rude, bagved hvilken der brændte en lampe, der altid var tændt, her opbevaredes martyrernes relikvier. Da dette alter blev revet ned, fandt man rester af den indskrift, som har fået forskerne til at mene, at den ældste kirke var opført her allerede under Pave Siricius i årene 384-399.

I højre side af kirken for enden af den lille apsis i højre sidskib lå "Altare di San Gregorio", der var blevet indviet og istandsat af Pave Alexander IV i 1256. På hver side af apsis var opsat marmormindesten med inskriptioner udført efter ønske af titulærkardinal Giussani. Stenen på højre side findes endnu og kan idag ses i den moderne kirkes højre sidekapel ved Altare di San Gregorio (nr.2 på planen over kirken). Stenen på venstre side havde samme størrelse og opremsede de relikvier, som kirken opbevarede. Af den eksisterer kun de fragmenter, der blev fundet i 1750.

Mere om Kirken: Kirkens historie - Rundgang i Kirken - Klosteret