La storia di San Sebastiano è misteriosa e tuttora priva di documentazione che la racconta. Venne ideata da Leon Battista Alberti per commissione del marchese Ludovico Gonzaga, a partire dal 1460. Non si conoscono i motivi che spinsero il marchese a decidere di edificare il tempio in un luogo così malsano, appena dentro le mura.
La zona paludosa e malarica dovuta alle acque stagnanti del fiume Mincio che cingeva difendendola, procurava anche agli abitanti febbri mortali. Si suppone che la chiesa dovesse divenire il nuovo sepolcro della famiglia Gonzaga una sorta di nuovo mausoleo dopo quello voluto da Luigi Gonzaga. Non si conoscono i motivi che per cui nel tempo il progetto fu abbandonato, si suppone anche che ad un certo punto venga destinato ad un tempio votivo, dedicato al santo protettore della peste, Sebastiano, ma le cronache del tempo non parlano di epidemie, negli anni di fondazione della chiesa.
Mistero anche sulla partecipazione effettiva di Leon Battista Alberti alla costruzione, che morì nel 1472, quando ancora la chiesa non era conclusa. Non si sa neppure -quindi- se San Sebastiano rispetta gli antichi disegni del suo creatore, una cosa certa però c’è; il Marchese Ludovico dette molta importanza al progetto ed investì parecchio denaro, come raccontano i numerosi scritti trovati.
Terminata da Luca Fancelli nel 1476, attualmente ospita il tumulo dedicato ai Martiri di Belfiore e viene per questo chiamata anche “Famedio“.