Gli scavi condotti negli anni 1964-1977 (direzione I. Rogger) hanno messo in luce i resti della basilica paleocristiana di S. Vigilio, eretta presumibilmente intorno al VI secolo al di fuori della cinta urbica. L'edificio rivestiva da principio il ruolo di basilica cimiteriale, ovvero di santuario con funzione essenzialmente commemorativa. Tra il IX e il X secolo assunse la funzione di chiesa cattedrale, anche per lo spostamento nelle immediate adiacenze del "Palatium Episcopatus", ovvero della residenza dei vescovi, edificio che rivestiva carattere pubblico dato il ruolo civile, politico e amministrativo oltre che ecclesiastico che andava assumendo l'episcopato. Ruolo formalizzato da Corrado II nel 1027, con il conferimento della contea tridentina alla chiesa di Trento. Rispettando la tipologia classica delle basiliche paleocristiane, presentava un atrio, o forse un quadriportico addossato alla parete frontale nella quale si aprivano tre porte, la centrale ancor'oggi praticabile. L'antica basilica era lunga circa 50 metri e larga 14, ampiezza considerevole in edifici a una sola navata; la copertura era presumibilmente a capriate. Il piano pavimentale era completamente occupato da tombe terragne, tutte convergenti verso quella del patrono. Sono stati rinvenuti lacerti di una decorazione musiva pavimentale in prossimità del "bema", o recinto presbiterale, ancora oggi segnato da un gradino in pietra rossa che presenta incassature quadrate nelle quali venivano infissi i pilastrini che sorreggevano i plutei. Nell'IX secolo furono aggiunti due sacelli laterali absidati; nel XI secolo l'aula venne divisa in tre navate e si scavò una cripta con conseguente rialzo della zona presbiterale. Gli ultimi interventi furono conclusi dal vescovo Altemanno, che il 18 novembre 1145 riconsacrava questa chiesa alla presenza del patriarca di Aquileia Pellegrino.