Після підписання і ратифікації Берестейської Унії у 1596 році виникла потреба мати постійного представника Київської Церкви при Апостольському Престолі. У 1626 році Київський Митрополит Йосиф Веньямин Рутський відправив до Риму свого першого прокуратора священика Миколу Новака, який своїм осідком мав церкву святих мучеників Сергія і Вакха та прилеглі до неї території. У 1641 році за дозволом папи Урбана VIII (1623-1644) це все переходить у власність Київського Митрополита.

Першу сакральну споруду на цьому місці було збудовано за часів понтифікату Папи Лева III (795-816). Церква була присвячена святим Сергію і Вакху – військовим високого ранґу, які прийняли мученицьку смерть за імператора Максиміліана у 303 році. Почитання їх як мучеників швидко по ширилося на Заході, а згодом і на Сході. У ІХ столітті в Римі було п’ять церков, які були присвячені свв. Сергію і Вакху, проте сьогодні лише українська парафія носить їхнє ім’я.

Історія сучасного храму тісно пов’язана з кардиналом Антоніо Барберіні (1596-1646), братом Папи Урбана VIII. Він був великим благодійником багатьох римських церков і повністю перебудував стару церкву святих Сергія і Вакха та придбав прилеглі будинки для потреб українців. Кардинал Барберіні також залишив щедру пожертву на утримання церкви і прилеглих будівель, про що свідчить пам’ятний напис над портиком храму.

Cучасний інтер’єр церкви є результатом кількох реставрацій. Першу було виконано в XVII ст. за вказівкою Київського Митрополита Рафаїла Корсака (1637-1640). Його могильний камінь знаходиться в центральній частині підлоги храму. Наступні реставрації та часткові перебудови відбувалися протягом XVIII ст. завдяки щедрій підтримці численних паломників, які приходили сюди помолитися до чудотворної ікони Жировицької Божої Матері.

Фасад храму отримав свій теперішній вигляд у 1896 році за понтифікату Папи Лева XIII (1878-1903), який разом з австрійським імператором Францом Йосифом створив Папську колегію –семінарію для українців і збудував для неї приміщення при церкві свв. Сергія і Вакха.

На фасаді храму зображено його папський герб та емблему Чину Святого Василія Великого, оскільки Отці Василіяни опікувалися цією колегією. У 1932 році її було перенесено на один з римських пагорбів, що називається Джаніколо.

З 1932 до 1960 року церква і прилеглі до неї будівлі належали монашому Чину Святого Василія Великого. У 1960 році Отці Василіяни переїхали в нове приміщення монастиря, яке розміщене на одному з римських пагорбів – Авентині. Тоді ж храм свв. Сергія і Вакха та будинок перейшли у власність Папської Латиноамериканської колегії. Після свого звільнення зі сибірського ГУЛАГу і приїзду до Риму у 1963 році Патріярх Йосиф Сліпий відразу взявся за справу викуплення церковного комплексу та його відновлення. З 1970 року церква та прилеглі будівлі перебувають у власності УГКЦ.

Ікона Пресвятої Богородиці, яка розташована над вівтарем є збільшеною копією ікони, яку пошановують в білоруському селі Жировиці. У серпні 1718 року під час ремонту кімнати, яка сьогодні є ризницею, під штукатуркою було віднайдено добре збережену ікону невідомого митця. Незабаром слава про чудесну знахідку поширилася містом і римляни стали приходити до церкви, щоб помолитися і приносити пожертви до ікони Божої Матері, як подяку за вислухані молитви. У вересні 1719 року чудотворну ікону знову накрили, щоб сповільнити величезний наплив паломників. Проте, ця спроба була марною і тодішній настоятель храму звернувся до Папи Климента XI (1700-1721) про дозвіл на перенесення ікони на гідне місце в церкві. Папа Пій VII (1800-1823) торжественно відвідав церкву у 1801 році, а його наступник ПапаЛев XII (1823-1829) у 1827 році своїм декретом посвятив церкву святим Сергію і Вакху і Божої Матері на пасовищі (Паскулі). Додаток “на пасовищі” зумовлений тим, що пастухи на пасовищі знайшли оригінальну ікону в с. Жировиці (теперішня Білорусія) у 70-х роках XV століття.

Сьогодні церква Свв. Сергія і Вакха – це українська греко-католицька парафія Римської єпархії, тоді як прилегла до храму будівля є будинком паломника і управляється сестрами зі Згромадження Сестер Катехиток Святої Анни. В будинку також знаходиться осідок Апостольського візитатора для українців греко-католиків в Італії та Іспанії та осідок прокуратора УГКЦ при Святому Престолі.