Barnard, archevêque de Vienne, construisit en 838 une abbaye bénédictine au bord de l’Isère, près d’un gué très fréquenté. Il dédia son monastère à Saint Pierre et Saint Paul, puis son propre nom les supplanta au XIII siècle. Barnard meurt en 842. Il sera canonisé en 944.
Au IX siècle, l’abbaye fut dévastée par les Normands. Elle fut reconstruite en 908 et incendiée par Silvion de Clérieux.
Peu à peu les bénédictins cédèrent la place aux chanoines. Une troisième église est élevée au cours du X siècle par Léger, archevêque de Vienne (1025-1070) : elle était couverte d’une charpente. Grand bâtisseur dans le diocèse, il fit aussi construire le pont de Romans-sur-Isère, appelé aujourd'hui « Pont Vieux ». L’un de ces successeurs, Étienne, subit l’incendie du monastère et de la ville par Guigues, Dauphin, comte d’Albon, en 1134.
Les vestiges romans aujourd’hui visibles datent de la reconstruction immédiatement postérieure. Cependant une partie des murs incendiés en 1134 furent conservés dans la nef et probablement noyés derrière un nouveau parement que l’on voit aujourd’hui.
Au XIII siècle (à partir de 1238 environ), l’archevêque Jean de Bernin fit construire les parties gothiques du transept et du chœur, en beau style para-chartrain dit aussi « gothique bourguignon ». À la fin du XIII siècle, on construisit une chapelle au sud du chœur, au XIV siècle la chapelle Saint Étienne, puis d’autres encore au XV siècle.
Endommagée au cours des guerres de religion, en 1562 (saccage par le Baron des Adrets) et en 1567, la reconstruction de l’église fut lente et ne commença qu’en 1652 à l’initiative d’un grand bâtisseur : Charles de Lionne, sacristain de la collégiale et principal personnage du chapître après l’abbé. Les travaux furent conduits progressivement du chœur vers la nef et s’achevèrent en 1720 avec l’élégante tribune qui attendit jusqu’en 1843 l’installation des orgues.
La Révolution endommagea de nouveau l’église ainsi que le cloître roman du XI siècle qui avait déjà probablement été reconstruit au XII siècle. On vendit à des particuliers des parties du cloître, des chapelles et le vieux clocher.
Église classée en 1840 par Mérimée; celui-ci ne put empêcher les édiles municipaux de faire détruire le cloître pour construire le quai de l’Isère. Il ne réussit à sauver que momentanément la galerie nord. L’inculte mairie contourna le Service des Monuments Historiques et obtint la destruction de la galerie subsistante en 1863, grâce à des appuis en haut lieu.
Le Pont Vieux fut dynamité en 1940 et l’explosion souffla les vitraux de la collégiale.
