La chiesa rappresenta una delle migliori opere di epoca romana conservatesi lungo i secoli grazie alla sua trasformazione in luogo di culto cristiano;
nondimeno il fatto di essere collocata fuori dalle mura Aureliane, ha permesso più volte la sua profanazione e la spoliazione di opere importanti.
Fu adibita a chiesa nel VI secolo sui resti del tempio del II secolo d.C., detto tempio di Bacco, ma consacrato a Cerere e Faustina (moglie di Antonino Pio divinizzata dallo stesso alla sua morte)e dedicato ad Appia Annia Regilla, moglie di Erode Attico, maestro dell'imperatore Marco Aurelio e che qui aveva la sua villa di campagna).
La chiesa fu dedicata al sant'Urbano, vescovo e martire,
spesso confuso con l'omonimo papa morto anch'esso martire nel 230. Le preesistenti strutture romane sono conservate perfettamente, abbellite da affreschi aggiunti alle pareti interne nell'XI secolo.
Abbandonata più volte, fu nuovamente restaurata nel XVII secolo dal cardinale Francesco Barberini, che fece costruire le mura che sorreggono il pronao e,
che inglobano le colonne, a causa di una preoccupante crepa che si era venuta a creare nella parte alta della facciata, ancora oggi ben visibile.
Avviso sacro del 1760 sul pellegrinaggio alla chiesa di Sant'Urbano.
Dopo un lungo periodo di abbandono, per interessamento della famiglia Barberini e
ppe Cascioli il 25 maggio 1894, ricorrenza di Sant'Urbano, dopo una lunga processione,
avvenne la riconsacrazione della Chiesa, ma dopo alcuni anni di messe celebrate, fu nuovamente dimenticata.
Abbandonata definitivamente nel XIX secolo, nel 1962 la chiesa fu annessa ad una proprietà privata adiacente (diventando così sempre meno accessibile),
ed abitata da un custode, che aveva trasformato l'antico pronao nella sua casa privata.
L'edificio è stato acquistato dal comune di Roma nel 2002 e dato in gestione alla diocesi
di Roma, che l'ha riaperto al culto nel 2005 come chiesa rettoria della parrocchiadi San Sebastiano fuori le mura.