A igreja deve ser construída sobre as ruínas da arena romana, onde, segundo muitas lendas, S. Vitale e S. Agricola foram torturadas durante o Império Diocleciano.Seus corpos foram identificados por S. Ambrogio quando ele visitou Bolonha em 392.
A igreja foi reconstruída pelas freiras pertencentes à Ordem de São Bento durante o século XVI e ainda hospeda valiosos obras de arte como a capela renascentista por STMaria Degli Angeli atribuiu a Gasparo Nadi e uma cripta evocativa pertencente ao edifício original.
A Igreja passou por muitas mudanças: foi suprimida e fechada por Napoleão, para ser vendida e usada como um círculo literário pela condessa Cornelia Barbara Rossi di San Secondo.Somente no final do período napoleônico, a igreja foi restaurada ao seu uso original.