Il complesso di San Sebastiano rappresenta la massima espressione del Rinascimento nel Biellese e una delle più significative del Piemonte. Fu voluto e finanziato da Sebastiano Ferrero, che affidò la costruzione a maestranze lombarde, introducendo in città le forme e i linguaggi del Rinascimento. Sebastiano Ferrero (1438-1519), figura eminente della nobiltà biellese e Generale delle Finanze di Ludovico il Moro, portò a Biella le linee del Rinascimento lombardo, evidenti nella struttura e nell’apparato decorativo della chiesa. La costruzione iniziò nel 1500 e si concluse nel 1504. Accanto alla chiesa sorse il convento dei Canonici Regolari Lateranensi, che nel 1560 divenne seminario e primo collegio cittadino. Il campanile, contemporaneo alla chiesa, alto 51 metri, è alleggerito da bifore e monofore e concluso da una guglia ottagonale. Nel 1798, in seguito ai decreti napoleonici di soppressione degli ordini religiosi, i Canonici Lateranensi dovettero abbandonare il complesso. Nel 1829 vi giunsero i Frati Minori Francescani, presenti fino al 1860 e nuovamente dal 1920 fino a tempi recenti.La facciata originaria fu abbattuta e ricostruita in stile neorinascimentale tra il 1860 e il 1862. Oggi la Basilica è di proprietà del Comune di Biella.
Un grande monastero fu costruito accanto alla chiesa. Il chiostro, su due piani con porticati affacciati sul cortile quadrato, è anch’esso un capolavoro del Rinascimento biellese. Nel grande refettorio si è mantenuta parte della decorazione pittorica originale, databile ai primi decenni del XVI secolo. Il monastero perse la propria funzione durante la dominazione napoleonica. All’inizio del Novecento, dopo la soppressione degli ordini religiosi, si pensò di destinare l’edificio a ricovero di mendicità, e il complesso subì gravi manomissioni architettoniche. In seguito fu adibito a scuola, caserma e magazzino, perdendo progressivamente la sua struttura originaria. Oggi ospita il Museo del Territorio di Biella, mentre il chiostro è sede di conferenze e mostre d’arte.
La decorazione ad affresco mostra motivi a grottesca, scene mitologiche, personaggi e iscrizioni morali. Una delle cappelle della navata destra reca il pregevole Polittico dell'Assunta di Bernardino Lanino del 1543. Si tratta di un'opera ricchissima di dettagli. Nella predella si può osservare una rara iconografia dell'episodio, narrato in Vangeli apocrifi, del tentativo da parte di un sommo sacerdote di profanare il feretro di Maria. Le mani gli si staccarono dal corpo rimanendo attaccate alla bara. Implorò perdono e le mani tornarono attaccate al corpo. Molto interessante il gruppo di angeli musicanti che suscitò le ricerche del musicologo Wintenitz a caccia del primo violino della storia. Poiché la ricostruzione di quello della Madonna degli Aranci di Gaudenzio Ferrari non aveva prodotto un suono convincente, Wintenitz riprodusse anche quello di Biella ottenendo un ottimo risultato.
L'unica cappella interamente affrescata si trova nella navata sinistra e presenta sulle pareti la Crocifissione e nella lunetta la Pietà(metà del XVI secolo). Sotto alla cappella che ospita il Polittico di Bernardino Lanino, si trova la cripta-tomba in cui riposano i discendenti di Sebastiano Ferrero, tra cui Alfonso Lamarmora e Alessandro Lamarmora fondatore dei Bersaglieri. 
Nel transetto di sinistra due dipinti rappresentanti la Madonna Annunziata e l’Angelo Gabriele; in capo alla navata, parallela al presbiterio ed in simmetria con la cappella dell’Assunzione, si trova la cappella di S. Sebastiano.
Da poco si è concluso un ottimo restauro di un'opera che giaceva nell'oscurità e ora ha ricevuto una nuova e degna collocazione nella cappella di San Sebastiano. Si tratta della Trinità e angeli musicanti di Orsola Maddalena Caccia, pittrice raffinatissima del primo seicento piemontese. I colori brillanti e sapientemente dosati, i volti birichini degli angeli, la musica che sembra fuoriuscire dagli strumenti, ne fanno un piacere per gli occhi... e per le orecchie.
