Базиликата Сан Петронио е най-голямата църква в Болоня, посветена на светеца покровител на града. Тя доминира на площад "Маджоре" и въпреки че до голяма степен е недовършена, е една от най-големите църкви в Европа. Нейните внушителни размери (132 метра дължина и 60 метра ширина, с височина на свода 45 метра, я правят шестата по големина църква в Италия (петата, ако изключим Сан Пиетро, който от 1929 г. е част от територията на град-държава Ватикана). Със своя обем от 258 000 m³, базиликата Сан Петронио е най-голямата тухлена готическа църква в света.
През 1530 г. базиликата се радва на момент на голяма слава: тя е избрана от Карл V за място за коронацията му като император на Свещената Римска империя от Климент VII на 24 февруари същата година.
В Сан Петронио се намира най-дългият слънчев часовник в света! Слънчевият часовник (така нареченият "Меридиан") е инструмент, използван за показване на момента на настъпване на обяд. Този тип система е била много разпространена през Средновековието и нейната конструкция сама по себе си не е била особено сложна. Слънчевият часовник в Сан Петронио обаче е единствен по рода си по отношение на точност и конструкция. Неговата специална функция е била да измерва въртенето на земята, а дължината му е приблизително 68 метра. Първоначално базиликата приютява слънчевия часовник на Егнацио Данти, който престава да функционира през 1565 г., тъй като църквата все още е в процес на изграждане и структурни вариации разрушават нейната прецизност. Създаването на новия слънчев часовник е поверено на Джан Доменико Касини. Точността на измервателната система и дължината на слънчевия часовник го правят уникален по рода си инструмент.
Фреската на Мохамед в Ада. В четвъртия параклис, изцяло изрисуван от Джовани да Модена, са представени епизоди от живота на Сан Петронио, Рая и Ада. Именно в последния се появява фигурата на Мохамед. Изображението е Дантево: точно както в Божествената Комедия пророкът страда от вечни мъки. Този тип представяне се счита за богохулство от ислямския свят и образът на Мохамед се превръща в обект на медиен скандал през 2002 г.
Интериорът на базиликата Сан Петронио се характеризира с поредица от параклиси, отдясно и отляво на централния кораб, някои построени и украсени по волята на благородни болонски семейства, от които са взели имената си. От изключителен интерес са параклиса на влъхвите, изписан през петнадесети век, картината на Пармиджанино в параклиса Сан Роко, балдахина на олтара, създаден от Якопо Бароци да Виньола през 1547 г. Специална бележка трябва да бъде запазена за параклиса на Влъхвите, отделен и охраняван заради декорацията си, която изобразява пророка Мохамед в Ада на Страшния съд.
Базиликата пази и гроба на Елиза Бонапарт - сестрата на Наполеон, погребана в красив мраморен саркофаг.
