La basilique Saint-Sernin de Toulouse est un sanctuaire bâti pour abriter les reliques de saint Saturnin évêque de Toulouse, martyrisé en 250. Devenu l'un des plus importants centres de pèlerinage de l'Occident médiéval, elle fut desservie, depuis le IXe siècle au plus tard et jusqu'à la Révolution française, par une communauté canoniale. Saint-Sernin est la plus grande église romane conservée en Europe.
La rue du Taur qui mène de la place du Capitole à la basilique tire d'ailleurs son nom des circonstances du martyre, Saturnin ayant été tiré par un taureau furieux sur ce qui était alors une route sortant de la ville. L'édifice conserve 260 chapiteaux romans et est le symbole de l'architecture romane méridionale. Toulouse recevait alors la visite de nombreux pèlerins sur le chemin de Saint-Jacques de Compostelle, ou venus honorer les reliques de saint Saturnin.
La basilique Saint-Sernin fait l'objet d'un classement au titre des monuments historiques depuis 1840.
À l'origine, l'emplacement de la tombe de saint Saturnin n'était qu'un oratoire construit sous l'impulsion du premier évêque de Toulouse. Puis au Ve siècle, les évêques Sylve et Exupère font construire une petite église. C'est à cette époque qu'une première communauté religieuse, monastique ou canoniale (les sources manquent pour le préciser) s'installe à cet emplacement.
La construction de l'actuelle basilique a été décidée à la fin du XIe siècle car la basilique primitive était trop petite pour accueillir les chrétiens qui venaient en pèlerinage. Elle débuta par le chevet, en 1080, au-dessus de la chapelle. On peut toujours visiter aujourd'hui l'église primitive, qui fait office de crypte. Elle accueille quelques reliques sacrées.
Seize ans après le début de la construction, en 1096, sur le chemin de Clermont où il s'apprête à prêcher la première croisade, le pape Urbain II consacre l'église nouvelle et célèbre sa dédicace ainsi que l'autel sculpté par Bernard Gilduin avec l'assistance des archevêques d'Albi et de Tolède notamment. Des travaux continuèrent néanmoins. L'achèvement du transept et d'une partie de la nef est effectif en 1180.
À la Révolution, le chapitre séculier de Saint-Sernin fut totalement supprimé. Mais la basilique ne fut ni modifiée ni saccagée. L'église fut un peu modifiée à l'époque gothique et à la Renaissance, puis une restauration est ordonnée au XIXe siècle et effectuée par Alexandre du Mège. Mais le résultat est médiocre et la restauration est poursuivie par Viollet-le-Duc. Il rétablit alors l'étagement supposé des toits des bas-côtés et de la nef principale qui aurait été supprimé au XIVe siècle (aucune source ne permet de connaître l'état initial antérieur au XIVe siècle). Viollet-le-Duc conçoit et dessine les restaurations, mais il ne suit que partiellement la réalisation, celle-ci étant faite par l’architecte Paul Abadie. À la fin du XXe siècle, la dégradation des restaurations a nécessité une nouvelle restauration. On a choisi de supprimer l'étagement de Viollet-le-Duc pour le remplacer par l'état du XIVe siècle. Saint-Sernin resta une « simple » église collégiale jusqu'en 1878, date à laquelle elle fut à nouveau consacrée et reçut le titre honorifique de basilique mineure.