La grande basilique paléochrétienne de Panormo se trouve dans le village du même nom, à 20 kilomètres environ au sud de Réthymnon. Selon la tradition, elle est dédiée à Agia Sofia (Sainte Sophie) et a donné ce nom à toute la région environnante.

La basilique date du V^e siècle mais semble avoir connu au moins deux autres phases de construction, l’une au milieu du VI^e siècle et l’autre à la fin du même siècle. Elle fut violemment détruite, vraisemblablement lors des incursions arabes du VII^e siècle, comme ce fut le cas pour d’autres basiliques à cette époque en Crète. Toutefois, la découvertes de monnaies de l’empereur byzantin Léon VI (886-912) et l’emploi d’une écriture micrographique sur des inscriptions trouvées sur des pilastres et des parapets indiquent que le site a été utilisé au moins jusqu’au IX^e siècle.

L’église a été fouillée par K. Kalokyris et N. Platonas entre 1947 et 1955. D’après les chercheurs, elle abrita le siège de l’évêché d’Eleftherna, qui fut transféré à Panormo après la destruction de la cité antique. C’est une basilique à toiture en bois, à nef transversale, d’une longueur totale de 54 mètres et d’une largeur maximale de 23 mètres. À l’est, il y a un narthex et un atrium, au centre duquel se trouve une grande citerne. Au nord et à l’ouest, il y a des bâtiments annexes. À l’est, l’église se termine par une abside en hémicycle à l’intérieur de laquelle subsistent des traces de stalles. Dans la partie sud du transept, une construction postérieure devait être des fonts baptismaux. Dans la partie nord, une tombe soignée a été découverte qui, selon une inscription, devait appartenir au psalmiste Théodore.

Les trois ailes de l’église étaient séparées par de hauts stylobates qui soutenaient des colonnes à chapiteaux corinthiens des V^e-VI^e siècles. Au-dessus s’élevaient les colonnes ioniennes du balcon. Le sol de la nef nord et de la nef centrale était pavé de dalles, tandis que celui de la nef sud était couvert de terre pilée.

La fonction des bâtiments annexes au nord et à l’ouest n’est pas clairement établie. Il s’agirait soit du diakonikon soit d’un baptistère plus ancien, utilisé avant la construction des fonts baptismaux dans la partie sud du transept. Les fouilles ont permis de mettre au jour de remarquables pièces architecturales en marbre et en pierre poreuse (colonnes, chapiteaux, parapets, etc.). On a également trouvé des pièces de monnaie, de nombreuses poteries et des fragments de lampes de verre.