Flavia Domitila era nieta de Vespasiano y sobrina de Domiciano; además, su esposo, Flavio Clemente, era primo del propio Domiciano y fue cónsul el año 95. A pesar de ello, el emperador condenó a muerte a Clemente y a su esposa por un supuesto delito de ateísmo; un destino similar sufrió su sobrina, cuyo nombre era igualmente Flavia Domitila, que fue desterrada a la isla Poncia, donde murió.
La catacumba fue descubierta en el 1593 por Antonio Bosio, aunque no fue hasta el siglo XIX cuando G.B. de Rossi supo que se trataba de la catacumba de Domitila y del santuario de los mártires Nereo y Aquiles. Desde entonces, numerosas excavaciones han sacado a la luz un considerable número de galerías.
Esta basílica fue construida a finales del siglo IV sobre la tumba de los mártires Nereo y Aquiles, soldados de la guardia imperial que fueron asesinados por haber confesado su fe durante la persecución de Diocleciano.
En el ábside puede observarse una pequeña columna sobre la que está representando el martirio de Aquiles, como lo indica una inscripción (Acileus).
Esta columna, junto con otra que debía ilustrar el martirio de Nereo, formaba parte del sostén de un baldaquino colocado sobre el altar de la iglesia situado en el ábside, correspondiendo probablementea las tumbas de los dos mártires, y que hoy no puede distinguirse con claridad.
Las reliquias de los mártires fueron trasladadas a la ciudad a mediados del siglo IX, y unas décadas más tarde, en el año 897, la iglesia se desplomó a consecuencia de un terremoto que sacudió Roma.
Las galerías, en ocasiones, se obtuvieron utilizando pequeñas galerías ya existentes o también, y con mayor frecuencia, excavando en la roca.
Tumbas más antiguas son las que se encuentran más altas; cuando se agotaba el espacio disponible, los enterradores excavaban hacia abajo para obtener otras tumbas, o ampliaban las galerías ya existentes creando diversos planos superpuestos, con escaleras internas.
En las paredes de las galerías se pueden ver las tumbas más corrientes: los nichos, de forma rectangular, normalmente para una sola persona, aunque en ocasiones acogía varios difuntos.
Los nichos de menores dimensiones estaban destinados a la sepultura de niños. En las galerías se abren también las entradas a los cubículos, habitaciones de dimensiones diversas, normalmente cuadradas, con frecuencia adornadas con frescos, y en general propiedad de una sola familia.
En las paredes de la basílica y recorriendo las galerías de la catacumba son visibles todavía muchos símbolos, entre los que se encuentran algunos como el Buen Pastor, la paloma con un ramo de olivo, el pez…
Además, se encuentran con frecuencia representaciones de episodios tomados del Antiguo y del Nuevo Testamento, que servía para instruir a quien las miraba: Noé en el arca, Moisés que hace brotar el agua de la roca, diversos milagros de Cristo, los reyes Magos, etc
Doce Apóstoles aparecen en cinco ocasiones, colocados alrededor de Cristo sentado en la cátedra; se trata de una escena muy frecuente en el arte cristiano del siglo IV, queriendo representar el trono celestial como símbolo de la soberanía y del magisterio de Cristo y de sus representantes.
Este rito, tomado de las costumbres paganas, fue practicado durante mucho tiempo por los cristianos, incluso en ocasión del aniversario de la muerte de los mártires, antes de ser sustituido definitivamente por la Eucaristía.
A finales del siglo III fue excavado un pozo de 11 metros de profundidad, a la izquierda de la entrada del hipogeo, cuya agua se trasvasaba a una pila, colocada a la derecha, desde la cual una cañería de plomo, visible todavía hoy, la derramaba en una segunda pila. Frescos con motivos vegetales adornaban el ambiente en el que se encontraba el pozo.
