Los patronos de Velletri son san Clemente y las santas Annia y Gerontia, vírgenes y mártires, festejados el 23 de noviembre. La basílica catedral de San Clemente, antigua basílica romana conocida desde el siglo V, fue después transformada en iglesia cristiana: el edificio, con ábside y tres naves sostenidas por pilares de mampostería, custodia el precioso y antiquísimo icono de la Virgen de las Gracias. El papa Alejandro IV, antes obispo de Velletri, ordenó durante su pontificado (1254-1261) trasladar a la ciudad las reliquias de los santos mártires Ponciano y Eleuterio, custodiadas desde entonces en la cripta bajo la catedral.
La diócesis de Velletri fue ganando importancia entre los siglos V y VI, cuando en el año 592 el papa Gregorio I le incorporó la decadente diócesis de Tres Tabernae, en la vía Apia. El claustro de la catedral alberga hoy el Museo Diocesano, que reúne obras de valor inestimable, entre ellas la Crux Veliterna, precioso relicario en oro filigranado y esmaltes de los siglos XI-XII, y pinturas de Gentile da Fabriano, Antoniazzo Romano y Sebastiano Conca. En 1589 el papa Sixto V separó el gobierno civil de la ciudad del poder temporal del obispo, devolviendo la libertad al municipio, aunque en 1591 el papa Gregorio XIV volvió a reunificar ambos poderes.
