La chiesa, ricostruita più volte nel corso dei secoli, ha visto l'intervento di grandi maestri del XVI secolo come Antonio Morandi, detto il Terribilia (che si è occupato del rinnovamento dell'edificio) e Domenico Tibaldi (che ha ampliato l'area absidale). L'interno dell'edificio è caratterizzato da tre navate ai cui lati sono presenti le cappelle e dietro l'altare custodisce, insieme al coro di Giuseppe Giacomo di Mirandola, l'Arca dove si trova il corpo di San Procolo uno dei primi martiri della tradizione cristiana bolognese. L'edificio è stato luogo di accoglienza per gli studenti di diritto dello Studio bolognese  e dopo il 1797 gli spazi annessi all'abbazia hanno ospitato prima l'Ospedale degli Esposti e poi una sezione dell'Ospedale Maggiore.

Ricostruita sul sito di una più antica chiesa (300 a. C. ) appartenente ai Benedettini, fu trasformata nello stile gotico tra i secoli XIV e XV e la facciata attuale è il risultato di un intervento ottocentesco.
Nel 1741 Alfonso Torreggiani trasformò la cappella Isolani e realizzò l'altare maggiore. All'interno opere di Lippo di Dalmasio, Bartolomeo Cesi, Giuseppe Pedretti.