L’isolato del complesso episcopale si trova nell’angolo nord-orientale della città antica, in posizione periferica ma non lontana dall’asse viario del cardine massimo e dalla porta, detta oggi Palatina. Gli scavi condotti tra il 1998 e il 2001-2002 sotto la scalinata settecentesca del Duomo per creare un accesso esterno al Museo Diocesano, hanno portato in luce resti murari di edifici residenziali o commerciali privati della prima età imperiale, ai quali si sostituiscono, intorno alla metà del II secolo d.C., le solide e accurate pareti con paramento in mattoni di un edificio pubblico. Su queste si fonda successivamente la chiesa paleocristiana di S. Maria, che tuttora rimane in gran parte inesplorata nel sottosuolo della piazza. Il ritrovamento ha comunque accertato le origini antiche anche di questa terza chiesa del complesso cattedrale. Prima delle indagini archeologiche era infatti citata nella documentazione scritta soltanto a partire dal XIII secolo, come parochia Sancte Marie de Domo, de Dompno o de Donno, quando svolgeva dunque anche funzioni parrocchiali.

Alla basilica del Salvatore, databile al tempo del primo vescovo Massimo, alla fine del IV secolo, si aggiunsero tra la fine del V secolo e la prima metà del VI quelle di S. Giovanni, in sostituzione di un precedente battistero, e di S. Maria. La datazione di questo importante cantiere si ricava dai dati archeologici e dai reperti raccolti in una grande fossa per la preparazione della calce. Le strutture della prima chiesa di S. Maria oggi visibili consistono in un tratto di fondazione del colonnato nord della sua navata centrale e in un lembo di pavimentazione in cocciopesto (battuto di malta di calce e frantumi laterizi). Sono le trasformazioni romaniche dell’edificio, con la creazione della cripta, a consentire la ricostruzione planimetrica della basilica primitiva, che doveva essere a tre navate, di larghezza di poco inferiore a quella della chiesa del Salvatore, alla quale risulta perfettamente parallela e molto verosimilmente allineata anche per la posizione dell’abside.

Al vescovo Landolfo (1010-1039), va attribuita la realizzazione della cripta, del tipo “a oratorio”, divisa in tre navate da colonne romane di recupero sulle quali ricadevano le volte a crociera che sostenevano il pavimento del presbiterio soprastante. Le volte del sottoscala barocco (1715 circa) ricreano oggi la suggestione della spazialità della cripta medievale demolita per la costruzione del Duomo nuovo.
Dalle navate laterali della chiesa si scendeva in cripta da due rampe di scale, una delle quali, parzialmente reintegrata, è tuttora visibile. Nel pavimento in cocciopesto sono inseriti grossi frammenti di un sarcofago di marmo a impreziosire – e rafforzare contro l’usura – il percorso centrale che conduceva all’altare. Si tratta di un manufatto di pregio, commissionato da un facoltoso personaggio, forse prodotto a Ravenna nel III secolo d.C., come suggerisce il motivo decorativo embricato (a squame) dei frammenti del coperchio.

Fine V–prima metà del VI secolo d.C. – Costruzione della basilica;

Primi decenni dell’XI secolo – Costruzione della cripta e probabile ristrutturazione della chiesa.