La Chiesa dei Pagani deve la sua curiosa intitolazione al termine “pagani”, intesi come coloro che non erano ancora stati battezzati. L’edificio collega la basilica al battistero. Si compone di due vani, divisi da una gradinata: quello orientale, quadrato e sopraelevato, presenta una volta a cupola; quello occidentale ha forma rettangolare, con volte a crociera. Entrambi i vani sono animati da alte nicchie. 
La datazione dell’edificio è controversa, e oscilla tra l’inizio del IX secolo e l’XI secolo. L’ingresso attuale, antistante la basilica, sembra risalire a un momento successivo, quando fu realizzato l’atrio. Il settore orientale è abbellito da affreschi con figure di santi, risalenti al XIV secolo.
Il piano superiore della chiesa dei Pagani, oggi non più esistente, ospitava la chiesa di San Pietro, ricordata già nel XIII secolo. Essa era ornata da affreschi, ora purtroppo perduti, tra i quali una Crocifissione e le figure degli Evangelisti, con la curiosa testa di animale.