San Vitale, insieme a sua moglie Valeria e ai loro figli Gervasio e Protasio, furono martirizzati nel III secolo. A Roma nel IV secolo la matrona Vestina, vendendo tutti i suoi gioielli, edificò in loro onore una basilica a tre navate che il papa Innocenzo I (402-417) consacrò erigendovi il “Titulus Vestinae”. A quest'epoca risale l'atrio d'ingresso con le grandiose colonne e le murature paleocristiane. Dopo una lunga decadenza, la chiesa fu completamente rinnovata da Sisto IV in occasione del Giubileo del 1475, ricordato nel portale d'ingresso, e poi da Clemente VIII a partire dal 1595. In questo periodo la chiesa venne affidata al noviziato dei Gesuiti e insieme alla chiesa di S. Andrea faceva parte di un unico complesso nel verde delle pendici del Quirinale. Di raro pregio è il portale ligneo intagliato con storie dei santi titolari ma anche di S. Ignazio di Loyola, da poco canonizzato. Straordinario è il complesso degli affreschi all'interno, trionfo del gusto barocco che mirava al "bel composto" di pittura, scultura e architettura. Il complesso e vastissimo ciclo iconografico, realizzato da Andrea Commodi, Agostino Ciampelli e Tarquinio Ligustri, che ricopre tutte le pareti, il transetto e l'abside, racconta le edificanti storie dei martiri dei primi secoli, disposti all'eroico sacrificio della vita in nome della fede. Con l'avvento di Roma Capitale, la chiesa si salvò dalle imponenti rivoluzioni urbanistiche dovute al taglio di Via Nazionale e alla costruzione del Palazzo delle Esposizioni: oggi vi si arriva percorrendo la profonda scalinata d'accesso, che fa benissimo intendere la differenza di quota di calpestio dall'antichità all'epoca moderna.