Non sono pervenute attestazioni della chiesa di San Sebastiano antecedenti il 1567, quando la parrocchia, retta dall’Arciprete del Capitolo Metropolitano Arborense, risulta già attiva. I documenti più numerosi sono del XVII secolo: dal 1603 possiede il Libro dei Morti, uno dei registri che le parrocchie sono tenute a compilare in seguito alle norme emanate dal Concilio di Trento. Attestazioni di poco precedenti menzionano la attigua ruga de is congiolargius: ovvero la via Figoli, che accoglie dal XV secolo le botteghe degli artigiani ceramisti oristanesi.
Nonostante il Bonu ritenga il primo impianto della chiesa molto modesto, l’aspetto attuale dell’edificio sembra invece suggerire delle dimensioni ragguardevoli. Sull’unica navata, molto ampia e coperta con volta a botte, si aprono ben sei cappelle. Notizie inerenti esse, si possiedono a partire dal 1792 e proseguono per tutto il secolo successivo. Le ultime due vengono realizzate nel 1955, quando la chiesa subisce radicali rimaneggiamenti: il rifacimento di tutti gli intonaci, della pavimentazione e la rimozione di tutti gli arredi marmorei della chiesa, compreso l’altar maggiore. Quest’ultimo, a giudicare dalle foto di repertorio e da alcuni materiali superstiti in locali attigui, doveva essere un’opera della fine del XVIII o del principio del XIX secolo, periodo che ben si ricollega al momento in cui vengono risistemate le sopracitate cappelle.La chiesa conserva alcune pregevoli opere d’arte come la tela di Antonio Corriga con il Martirio di San Sebastiano. All’antico edificio appartengono invece le statue della Madonna della Difesa e il Cristo Redentore in legno intagliato e policromo, rispettivamente databili alla metà del XVII e alla metà del XIX secolo, attualmente in restauro.
Un documento di grande importanza per la città risulta dalla tela del 1860 che ricorda la funesta alluvione che si abbatté su Oristano nello stesso anno.
Una cospicua documentazione fotografica ci permette di ricostruire alcune fasi di risistemazione della chiesa, in particolare della facciata: se ne conoscono almeno tre differenti versioni. L’attuale è di sobria ispirazione medievale, con ampie lesene e archetti in cotto. Dalle stesse foto si evince la lanterna di un cupolino sul lato destro della chiesa e un secondo edificio di ridotte dimensioni addossato alla chiesa, probabilmente un oratorio.