Von dem karolingischen Bau des 9. Jahrhunderts sind die Außenmauern und der nördliche Querhausarm erhalten. Die Ostmauer dieses Vorbaus ist ein Rest des südlichen Querhausarmes, an den sich bis zum 18. Jahrhundert eine breite frühmittelalterliche Torhalle anschloß. Weitere karolingische Teile wurden 1969/70 durch Ausgrabung nachgewiesen. Um 1050 wird der Turm an der Nordseite angebaut, der um 1270 ein syrisch beeinflusstes Pyramidendach aus Stein erhält. Romanische Blendengliederung am nördlichen Querhausarm. 1474 völliger Umbau durch Bischof Reinhard von Sickingen. Damals werden die mit dem Saal (Aula) verbundene Emporenkapelle im Westteil, der südliche Querhausarm und die Chorapsis abgerissen und der spätgotische Chor gebaut. 1565 zerstören calvinistische Bilderstürmer die mittelalterliche Ausstattung auf Befehl des Kurfürsten Friedrich III. Bischof Ludwig-Anton von Pfalz-Neuburg (1660 bis 1694) wird von Lüttich überführt und in einer Geheimgruft im Chor bestattet. Nach dem Abzug der Wormser Bischöfe 1705 erhält St. Sebastian dann 1737 eine barocke Ausgestaltung. Die 1787 bis 1790 von Andreas Krämer aus Heidelberg erbaute Orgel stammt ursprünglich aus der Galluskirche. Seit 1875 dient die katholische Kapelle auch den Altkatholiken.