Un capolavoro di armonia architettonica, costruito proprio sul punto dove si riteneva che Pietro fosse stato crocifisso: infatti nella cripta, alla quale si accede lungo una doppia rampa di scale su disegno del Bernini, è il foro nel quale sarebbe stata conficcata la croce. Realizzato probabilmente nel 1502-1507, nel 1605 ne fu modificata la copertura e nel 1628 Bernini creò l'accesso alla cripta. Il tema del «martyrium» e la memoria dell'antico suggerirono a Donato di Pascuccio di Antonio, detto Bramante la scelta della pianta circolare. Ne è derivata una struttura articolata in una peristasi di colonne tuscaniche, avvolgente un corpo cilindrico che non si arresta alla trabeazione ma emerge scandito da paraste e nicchie, contornato da una balaustra e coronato da una cupola emisferica con lanternino. All'interno, il pavimento è di tipo cosmatesco. Sull'altare, la statua di S. Pietro è opera di un lombardo del sec. XVI; la bella decorazione a stucco (storie della vita di S. Pietro) è di Giovanni Francesco Rossi.