La construcción de esta basílica se atribuye a Alfonso II y se enmarca en la serie de obras que este monarca realizó al trasladar la capital a Oviedo. Solamente nos ha llegado el testero de la iglesia y por él testero sabemos que era de ábside único y que no tenía cámara encima del ábside. Por ahora es difícil saber si tenía una o tres naves. San Tirso vivió en el s. III y era un soldado romano que sufrió martirio en Antioquía por su condición de cristiano. Fue objeto de gran devoción en la Hispania visigoda, teniendo una iglesia consagrada en Toledo, sede regia. No es extraño, por tanto, que Alfonso II lo eligiera para su iglesia martirial del conjunto catedralicio ovetense que estaba construyendo

La ventana trífora (hoy cegada) que daba luz al ábside tiene columnas exentas y adosadas con el fuste de mármol. En las columnas adosadas hay capiteles corintios reaprovechados. Los capiteles sobre las columnas exentas son originales asturianos. Todo el conjunto está enmarcado en un alfiz. La presencia de un alfiz plantea un problema; ¿se debe a un influjo del arte árabe del emirato o a la presencia de mozárabes en Asturias, después de la mitad del IX? En el segundo caso, habría que retrasar su cronología. También podría ser que la tradición árabe y asturiana bebieran de la misma fuente, la arquitectura paleocristiana de Siria y Oriente Medio.