W źródłach z epoki Karolingów nie ma prawie żadnych wzmianek na temat samego kościoła, mimo jego rosnącego znaczenia jako kaplicy pałacowej. W 839 roku w kościele miał miejsce chrzest Rotrudy, córki cesarza Lotara I i Ermegardy, a później koronacja królów Włoch: w roku 888 – Berengara I, w 900 – Ludwika III, w 926 – Hugona, w 950 – Berengara II wraz z synem Adalbertem, w 1002 – Arduina i w 1004 – Henryka II Świętego. W 924 roku kościół został zniszczony przez najazd Węgrów, a w 1004 przez pożar.
Obecny kościół Rzadkie i niejednoznaczne w interpretacji źródła oraz brak obiektywnych informacji o dokładnej lokalizacji i rozmiarach pałacu cesarskiego w Pawii uniemożliwiają przedstawienie dokładnej chronologii odbudowy bazyliki San Michele Maggiore we wczesnym średniowieczu. Odbudowa ta miała miejsce między pierwszą a drugą dekadą XII wiekuWg Guide Italia między 1090 a 1100.. W 1132 roku kościół został konsekrowany. 19 kwietnia 1155 roku odbyła się w nim koronacja Fryderyka I Barbarossy na króla Włoch. W kolejnych stuleciach był rozbudowywany (przebudowa sklepienia nawy głównej w latach 1488–1491, zbudowanie nowych kaplic w nawach) i przebudowywany (adaptacja wnętrza do nowych wymogów liturgicznych epoki baroku i zgodnie z jej nowym zmysłem estetycznym).