Patroni di Velletri sono san Clemente e le sante Annia e Gerontide, vergini e martiri, festeggiati il 23 novembre. La basilica cattedrale di San Clemente, antica basilica romana di cui si ha notizia fin dal V secolo, fu poi trasformata in chiesa cristiana: l'edificio, con abside e tre navate sostenute da pilastri in muratura, conserva la preziosa e antichissima icona della Madonna delle Grazie. Papa Alessandro IV, già vescovo di Velletri, ordinò durante il proprio pontificato (1254-1261) di trasferire in città le reliquie dei santi martiri Ponziano ed Eleuterio, custodite da allora nella cripta sottostante la cattedrale.
La diocesi veliterna acquisì crescente importanza fra il V e il VI secolo, quando nel 592 papa Gregorio I le accorpò la decaduta diocesi di Tres Tabernae, sulla via Appia. Il chiostro della cattedrale ospita oggi il Museo Diocesano, che raccoglie opere di inestimabile valore fra cui la Crux Veliterna, prezioso reliquiario in oro filigranato e smalti dell'XI-XII secolo, e dipinti di Gentile da Fabriano, Antoniazzo Romano e Sebastiano Conca. Nel 1589 papa Sisto V separò il governo civile della città da quello temporale del vescovo, restituendo libertà al Comune, salvo poi vedere riunificati i due poteri nel 1591 per volontà di papa Gregorio XIV.
