Basílica del siglo IV
La construcción de la basílica de San Pedro en este  lugar comenzó bajo las órdenes del emperador romano Constantino I, entre 326 y 333, y se necesitaron 30 años para completarla. Respondía al diseño típico de una basílica romana, adaptada para el culto cristiano.
La iglesia mandada erigir por el Emperador ganó importancia durante los siguientes siglos, y se convirtió en un importante lugar de peregrinación. Gracias a su prestigio, el templo fue decorado con estatuas, mobiliario y mosaicos, y continuamente se agregaban sepulcros y altares a sus costados. No obstante, en el siglo XV la basílica se encontraba en estado ruinoso, y tras el Papado de Aviñón (1309-1377), comenzó a discutirse la reparación de parte de la estructura. En las imágenes inferiores, reconstrucción del exterior de la basílica y vistas de grabados antiguos del interior (el último, un grabado de Martino Ferrabosco, de inicios del XVII.). Más abajo, una reconstrucción.
En este fresco de los discípulos de Rafael que se encuentra en la Sala de Constantino, en el Palacio Apostólico del Vaticano, se reproduce el interior de la basílica de san Pedro del tiempo de Constantino que estaba siendo reconstruida por los tiempos en los que se hizo la pintura. En el centro del fondo de la pintura están las columnas salomónicas regaladas por Constantino que supuestamente las tomó del templo judío. Es un testimonio claro para conocer cómo era el interior de la primera basílica.

Hartmann Schedel y La Crónica de Núremberg
Hartmann Schedel (1440, Núremberg-1514) físico y humanista alemán realiza el libro La Crónica de Núremberg, también conocido como Schedelsche Weltchronik, uno de los incunables más valorados de Europa. Fue impreso en 1493. En él encontramos esta imagen de la ciudad de Roma en la que se aprecia la basílica de Constantino con el pórtico anterior a la modificación que sufrirá en el XV.

Maarten van Heemskerck y los grabados de la loggia de la Bendición (siglo XV)
Pablo II, papa de 1458 a 1464, mandó construir la Logia de la Bendición desde la que se dominaba la escalinata de acceso a la basílica de Constantino y la plaza delantera. Se levantó en torno al 1460 según un proyecto de Francesco del Borgo quien, junto a Leon Battista Alberti, estaba al servicio de la curia romana. La arquitectura, que quedó sin terminar, se completó más tarde, en la época de Alejandro VI. Solo podemos conocer su aspecto por la obra gráfica del siglo XVI, antes de que fuera demolida a principios del siglo XVII.
Entre los pocos testimonios de la larga edificación de la basílica de San Pedro se encuentran los dibujos del pintor holandés Maarten van Heemskerck (1498-1574) que vivió en Roma entre 1532 y 1536 y se dedicó al estudio de la antigüedad a través del dibujo. Entre estos estudios nos han llegado algunos relativos a la construcción de la nueva basílica de san Pedro. Pero también son interesantes en cuanto que, aunque ya estaban comenzados los trabajos del XVI, nos ofrecen una visión directa de cómo se encontraba la basílica constantiniana.
La logia tiene tres niveles arquitectónicos superpuestos de forma jerárquica con arcos de medio punto. Esta es una de las primeras aplicaciones que, posiblemente influenciado por  Alberti, tomó como punto de partida el estudio de la antigüedad y en especial del Coliseo. La superposición de órdenes clásicos jerárquicos (dórico, jónico, corintio) y arcos que enmarcan dentro de un orden con entablamento, será de unas décadas más tarde, un elemento característico de la obra de Bramante en Roma. Para realizar esta obra se reutilizaron elementos tomado de monumentos antiguos, probablemente del mismo Coliseo.

Así recuerda Giovanni Battista Falda (1643-1678) la loggia de las bendiciones de la antigua basílica de Constantino.

La nueva basílica en el XV
Las nuevas obras se encomendaron fueron a los arquitectos Leon Battista Alberti y Bernardo Rossellino, quienes mejoraron el ábside y agregaron una loggia de varios pisos a la fachada del atrio, cuya construcción continuó de manera intermitente hasta que comenzaron las obras de la nueva basílica.
Planta diseñada por Alberti para ampliar el ábside.
Bernardo Rossellino, el mejor continuador de la obra de Alberti, se trasladó temporalmente a Roma llamado por el papa Nicolás V, tal vez por el consejo de Alberti. Trabajó desde 1451 en un proyecto de renovación sustancial de la vieja basílica de san Pedro en el Vaticano. Rossellino mantenía el cuerpo longitudinal de cinco naves cubiertas con techos abovedados y renovó el transepto con la construcción de un ábside más amplio al que añadió un coro; esta nueva intersección entre el crucero y el ábside se cubriría con una bóveda. Esta configuración ideada por Rossellino influyó en el posterior proyecto de Bramante. A la muerte del papa Nicolás, las obras se paralizaron sin apenas haber conseguido levantar los muros un metro de altura.

La basílica actual (siglo XVI)
Cincuenta años después de Nicolás II, en 1505, el papa Julio II decidió remodelar completamente el edificio. La construcción del edificio se inició el 18 de abril de 1506. El proyecto fue encargado al arquitecto Bramante, llegado poco antes desde Milán, y que se había ganado la confianza del papa.