Il santuario di San Vittorino è posto su un colle che domina ad Est la città romana di Amiterno. La deposizione del martire in un ambiente ipogeo romano determinò lo sviluppo di un vasto cimitero, con un ampio retro sanctos, al di sopra del quale venne realizzata una basilica a pianta longitudinale, a navata unica, con transetto sporgente e confessione.

Attorno al vano che ospitò la tomba venerata trovarono posto le sepolture ad martyrem. Vittorino, martirizzato ad aquas cotilias sulla via Salaria, fu deposto, come ricorda il Martirologio Geronimiano, ad ottantatre miglia da Roma, sempre su un ramo della via Salaria.

La prima sistemazione della tomba venerata avvenne forse già nel IV secolo; coeva a questa sistemazione la decorazione pittorica, con un ornato a finto marmo; nel V secolo, il vescovo Quodvul(t)deus fece apportare delle modifiche per potervi collocare la propria sepoltura, decorata con rilievi marmorei.

Un ambiente ad Ovest del cubicolo di San Vittorino mette in comunicazione gli spazi più strettamente legati al sepolcro venerato con l'ampia galleria occidentale e i cubicoli ad essa collegati. Ai lavori compiuti alla fine del XII secolo dal vescovo Dodone di Rieti si deve la realizzazione di una vera e propria articolata cripta, che collegava l'ambiente venerato con gli altri spazi ipogei.