Die hl. Maria Formosa befindet sich im Süden des alten Stadtkerns, und ist eines der ältesten frühchristlichen Denkmäler der byzantinischen Kunst und Architektur in Istrien und Kroatien. Die Basilika, die aus dem 6. Jahrhundert stammt, ließ der Bischof von Ravenna Maximianus errichten, der aus der Umgebung von Rovinj stammte, und der neben der hl.Maria Formosa auch die Kirchen San Vitale und San Appolinare in Classe, beide in Ravenna erbauen ließ.

In der grandiosen dreischiffigen Basilika waren ihre Schiffe mit Säulen unterteilt, die mit Bögen verbunden waren; deren innerer Rhythmus setzte sich auch auf der Außenseite fort, dank der perimetrischen Mauern, der Aufgliederung der Fenster und Lisenen mit Blindbögen. Das Allerheiligste war mit drei polygonalen Apsiden abgerundet, und daneben standen zwei Seitenkapellen. Bis auf den heutigen Tag blieb nur die südliche Kapelle komplett erhalten, während die nördliche größtenteils in die benachbarten Wohnhäuser integriert ist; auch die Nordmauer der Basilika ist heute nur als Mauer des benachbarten Gartens sichtbar. Der Grundriss der Kapelle hat die Form eines griechischen Kreuzes, von dem ein Arm in der halbkreisförmigen Apsis endet, und der mittlere Teil, der Kreuzpunkt von zwei Armen, etwas höher ist als der Rest. Er wurde von einem Walmdach bedeckt, während die anderen Teile Giebeldächer hatten. Das Äußere war einfach, mit flachen Lisenen, Blindbögen und Bogenfenstern geschmückt. In den darauffolgenden Jahren wurde die Kirche vernachlässigt, und kam besonders beim Brand im Jahr 1242 zu Schaden, als die Venezianer Pula eroberten.

Ein Großteil ihres Inventars wurde nach Venedig gebracht, wo es für den Bau der Bibliothek hl. Markus oder für Sala delle quattro porte im Dogenpalast verwendet wurde; seit dem 16. Jahrhundert ist die Basilika baufällig.