Secondo Opicino de' Canistris, che fu parroco a Pavia dal 1323 al 1329, questa è la più antica chiesa della città, ed ospitò per più di seicento anni il corpo di San Siro, fondatore della prima comunità cristiana pavese, vissuto nella prima metà del IV secolo d.C.. Fu intitolata ai santi Gervasio e Protasio, martiri del III secolo, per la custodia delle loro reliquie, scoperte a Milano da Sant'Ambrogio nel 386 e portate a Pavia da sant’Invenzio, che fu il terzo vescovo di Pavia dopo San Siro e San Pompeo. Nel corso degli anni è testimoniata la presenza di monaci benedettini a partire dal XII secolo, e di un ospizio per pellegrini, istituito nel 1366 e rifabbricato verso la fine del XVI secolo, quando viene affidato al Terz’Ordine Francescano.

Furono sempre i Francescani, tra il 1712 ed il 1718, a riedificare la chiesa come la vediamo adesso, invertendone l’orientamento. In seguito a questa trasformazione sono state demolite la facciata romanica, sostituita dall’attuale abside, e l’abside originaria, sostituita dalla nuova facciata in stile classico. Nel 2004 è stato rinvenuto, nella cappella di San Siro, un ciclo di affreschi del XVI secolo, di cui nel 2009 si è completato il restauro, che permette di qualificarlo come il ritrovamento storico-artistico più importante del secolo a Pavia.