È una delle chiese più antiche della città: le prime notizie risalgono al 1153.
La chiesa, che fa parte del complesso denominato “Aedes Muratoriana”, si trova nell’omonima piazzetta e il suo nome deriva dall’abbazia di Santa Maria Pomposa nel delta del Po, dalla quale dipendeva in origine. Nella facciata si notano ancora le tracce della porta medievale arcuata. Lodovico Antonio Muratori (1672-1750), bibliotecario ducale, storico ed erudito, desideroso di dedicarsi anche al ministero parrocchiale, ottenne nel 1716 dal duca Rinaldo I d’Este, la prevostura del sacro luogo A partire dal 1717 la chiesa fu ricostruita e dotata di nuovi arredi dallo stesso Muratori. Sconsacrata nel 1774, la chiesa venne riaperta al culto e riconsacrata nel 1814 grazie alla Confraternita di San Sebastiano (fondata nel 1501) che ne cura l’officiatura dal 1794 sino al presente. Nel 1922 ritornarono, come suo espresso desiderio, le spoglie di Muratori.
La chiesa, ad aula unica con abside piatta e due cappelle per lato, contiene molte opere di notevole interesse di proprietà della Confraternita. Nelle pareti laterali fra le colonne sono inseriti sei dipinti della Vita di San Sebastiano del pittore modenese Bernardino Cervi (1586 -1630). Sul lato destro della chiesa, nella cappellina, è collocato il dipinto della “Madonna della Misericordia”, di autore ignoto (copia del secolo XVIII dall’originale collocato a Rimini). Sempre sul lato destro nella prima cappella sono presenti un grande crocefisso (secolo XIX) e la statua raffigurante Santa Rita da Cascia, venerata nella chiesa, mentre all’altare si trova un paliotto in scagliola di scuola modenese (secolo XVII). Continuando sul lato destro, si trova la seconda cappella dove è collocato il dipinto “Gloria di Angeli con San Luigi e Santa Lucia” di Biagio Magnanini (1776-1841), al centro del quale, dentro una cornice d’argento, è collocata la “Madonna della Scala” (seconda metà del secolo XVII) proveniente dal convento delle monache di San Paolo. All’altare, si trova un paliotto in scagliola decorato da una medaglia centrale con San Francesco in preghiera, attribuito al carpigiano Giovanni Pozzoli (1646-1734). Nel Presbiterio è collocato il pregevole dipinto “Beata Vergine in trono coi santi Sebastiano, Geminiano e Rocco” di Jean Boulanger (1606-1660), copia dall’originale del Correggio che si trova a Dresda. Dietro l’altare, si trova un coro di legno di noce (prima metà del secolo XVIII). Nella cantoria destra, è presente un organo del ferrarese Andrea Fedeli (1794). Sul lato sinistro della chiesa, nella seconda cappella è collocato un altro dipinto di Bernardino Cervi “La Madonna e San Sebastiano intercedono presso la Santissima Trinità per le anime del Purgatorio“. All’altare è presente un paliotto carpigiano in bicromia, bianco e nero, raffigurante al centro il martirio di San Sebastiano (seconda metà del secolo XVII). Sempre sul lato sinistro nella prima cappella si trova il sarcofago di Lodovico Antonio Muratori sormontato da monumento marmoreo posto nel 1931, opera dello scultore milanese Lodovico Pogliaghi. Nella cappellina è visibile un’anconetta marmorea datata 1625, con quadro devozionale del Sacro Cuore di Gesù (secolo XIX).