Vi è custodito il sepolcro di S. Procolo, uno dei primi martiri della tradizione cristiana bolognese. La chiesa odierna - il cui primo nucleo risale al IV secolo - fu eretta dopo il 1000 nelle vicinanze di un famoso convento benedettino. Secondo alcuni studiosi, questo convento avrebbe ospitato anche Graziano, l'autore del famosissimo Decretum: certamente fu centro di aggregazione della prima Università oltre che di spiritualità.
Tra il secolo XIV e il XV l’edificio ricevette una struttura gotica, oggi evidente solo nella facciata. Nel Cinquecento, l’interno fu trasformato dagli architetti Antonio Morandi detto "il Terribilia" e Domenico Tibaldi. Ulteriori modifiche si ebbero nel Settecento, ad opera di Carlo Francesco Dotti. Meritevoli di attenzione nelle cappelle varie opere d'arte e l'arca di S. Procolo, di epoca tardo-romana.
Nell’ ex convento annesso alla chiesa c’è oggi l’Istituto di Maternità e Infanzia e sulla porta c’è ancora lo stemma della Repubblica Francese (1796). Sono qui notevoli i chiostri e i saloni del XVI e XVII secolo.
