O local onde se ergue a Basílica de Santa Lúcia no Sepulcro, segundo a tradição, é o mesmo onde, a 13 de dezembro de 304, ocorreu o martírio da padroeira da cidade, fora das muralhas, perto das catacumbas. Foi fundada na época bizantina, reconstruída pelos normandos e depois retocada no século XIV. Danificada pelo terramoto de 1693, foi renovada. Hoje, é possível ver uma basílica de três naves com absides semicirculares. O pórtico é obra de Pompeo Picherali, construído em 1723. No interior, pode admirar um teto de treliça de madeira, descoberto em 1939 durante os trabalhos de restauro da nave central. Está coberto com pinturas que retratam a Virgem Maria e as santas Ágata e Lúcia, juntamente com figuras antropomórficas e navios. Atrás do altar ergue-se uma pintura de Caravaggio dedicada à Santa: "O enterro de Santa Lúcia".
Ao lado da igreja, encontra-se a capela do Sepulcro, um edifício de planta octogonal, ligado à igreja por uma passagem subterrânea. Foi construída por Giovanni Vermexio por volta de 1630 para albergar o túmulo da santa, cujo corpo, no entanto, foi levado em 1039 para Constantinopla pelo general bizantino Giorgio Maniace e depois transferido pelos cruzados para Veneza, para a igreja de São Jeremias, onde ainda se encontra. Também pode visitar as catacumbas, que são muito longas, mas só parcialmente acessíveis.