Базилика Сант-Андреа-делла-Валле стоит на одной из главных улиц города, проспекте Виктора Эманнуэля II, прямо напротив одноименной площади. Храм был назван в честь кардинала Андреа делла Валле, который жил в соседнем дворце в начале XVI века. Покровительствовал строению церкви мужской монашеский орден Театинцев, основанный в начале XVI века для борьбы с ересью и для подготовки католических проповедников. Члены ордена давали традиционные монашеские обеты бедности, целомудрия и послушания, но не уходили от мира, продолжая трудится в качестве приходских священнослужителей.
Строили базилику по проекту Джакомо Делла Порта, Франческо Грималди и Карло Мадерно 60 лет, до середины XVI века. Барочный фасад добавил архитектор Карло Райнальди. Международную славу церковь получила в начале XIX века, когда Папа Пий VII устроил торжественные похороны Генриху Бенедикту Стюарту, последнему представителю мужской линии Стюартов и претенденту на английский и шотландский престолы.
На фасаде, облицованном камнем травертином, в нишах, стоят 4 статуи. Две из них, святого Гаетана и святого Себастьяна, изваял скульптор Доменико Гвиди, остальные - святой Андрей Апостол и святой Андрей Авеллинский – работы Эрколе Феррата. Некоторые искусствоведы считают, что с того момента, как улица была расширена, вид на фасад потерял в привлекательности. Колонны сейчас кажутся сжатыми, стесненными, а не выступающими, как это было изначально.
Внутри базилика имеет форму латинского креста с просторным, украшенным колоннами залом и восьмью боковыми капеллами. Самая известная из них - вторая справа, Капелла Строцци. Она построена для военачальника Леоне Строцци по проекту Микеланджело. В ней стоят символические надгробия из черного мрамора и бронзовые статуи Пьета, Лии и Рахилы, которые тоже были исполнены по эскизам Микеланджело. Под скульптурами видны два бронзовых барельефа, изображающие Снятие с креста и Сошествие Христа в Ад.
Еще две капеллы расписаны фресками художника Маттия Прети, изображающими Мучение Святого Андрея, Распятие Святого Андрея и Погребение Святого Андрея.
Купол Базилики Сант-Андреа-делла-Валле считался одним из самых дорогих заказов своего времени. Он является третьим по высоте в Риме, после купола Базилики Святого Петра в Ватикане и Церкви Святых Петра и Павла. Подкупольное пространство в начале XV века расписывали художники Джованни Ланфранко и Доменикино.
В конце XIX века итальянский композитор Джакомо Пуччини, сочиняя оперу "Тоска", по одноименной французской пьесе Викторьена Сарду, решил, что действие первого акта будет происходить не в указанной драматургом церкви Сант-Андреа-дел-Квиринале, а в Базилике Сант-Андреа-делла-Валле. В опере бывший консул римской республики, Чезаре Анджелотти, бежит от войск неаполитанского королевства и находит убежище в вымышленной капелле Аттаванти.