Kościół ma być zbudowany na ruinach rzymskiej areny, gdzie według wielu legend S. Vitale i S. Agricola byli torturowani podczas Imperium Dioklecjana. Ich ciała zostały zidentyfikowane przez S. Ambrogio, kiedy odwiedził Bolonię w 392 r.
Kościół został odbudowany przez zakonnice należące do Zakonu św. Maria degli Angeli przypisana Gasparo Nadi i sugestywna krypta należąca do oryginalnego budynku.
Kościół przeszedł wiele zmian: został stłumiony i zamknięty przez Napoleona, sprzedany i wykorzystany jako krąg literacki przez hrabinę Kornelię Barbarę Rossi di San Secondo. Dopiero pod koniec okresu napoleońskiego kościół został przywrócony do pierwotnego użytku.