A cúpula da basílica de Santo André de Valle, projetada em 1622 por Carlo Maderno, é a mais alta de Roma depois da de São Pedro no Vaticano: mede quase 72 metros a partir do chão, com 16 metros e meio de diâmetro. É um ponto de referência no horizonte do centro, e isso seria suficiente para fazer de Santo André de Valle uma das igrejas arquitetonicamente mais significativas da Cidade Eterna. Mas de grande interesse é todo o edifício, que foi construído a partir de 1591 no suposto local de sepultura de São Sebastião, no lugar de uma antiga igreja. Por esta razão, a estátua de São Sebastião (obra de Domenico Guidi) destaca-se na fachada, juntamente com as de Santo André Apóstolo e Santo André Avellino, uma quarta estátua retrata São Gaetano Thiene, fundador da Ordem dos Clérigos Regulares Teatinos, a quem a basílica ainda é confiada. A fachada, concluída por volta de 1665, é considerada um dos melhores exemplos do barroco romano. Carlo Rainaldi, assistido por Carlo Fontana, construiu-a tomando como modelo a da igreja de Gesù e "modernizando" a sua aparência, tornando-a mais móvel e leve.
Ainda mais fascinante é o interior da basílica, em cruz latina e decorado em estilo barroco. Os frescos da cúpula e da abside são o resultado do desafio entre dois pintores rivais, Giovanni Lanfranco, autor da Glória do Paraíso (1625-28) na cúpula, e Domenichino, a quem pertencem os Evangelistas nos penachos da cúpula, as Histórias de Santo André, as Virtudes e os dois nus no sub-arco e na bacia. Na curva da abside, por outro lado, existem algumas pinturas de Mattia Preti: a Crucificação destaca-se. Na basílica estão sepultados os papas Pio II e Pio III e Monsenhor Giovanni della Casa, autor do Galateo.
A igreja está localizada no bairro de Santo Eustáquio, perto da Praça Vidoni. Nas proximidades, portanto, não há vale: o nome deriva, sim, da presença, na mesma praça, do mais antigo palácio da nobre família Della Valle.