La iglesia, actualmente en ruinas, fue fundada en el siglo XII en el antiguo barrio de los repobladores portugaleses junto a una de las puertas de la ciudad, la puerta de San Pablo, ya desaparecida. Su estilo era mezcla de románico y múdejar. No obstante los principales restos que quedan son de la fachada que data del siglo XVI, cuando la iglesia fue ampliada, en 1529, por orden del arcediano don Francisco Sánchez de Palenzuela.
Alrededor de 1840 amenazaba ruina, por lo que la práctica del culto y demás actos parroquiales se trasladan a la Iglesia del Convento Dominico de San Esteban, ya que sus frailes habían sido exclaustrados por la desamortización de Mendizábal. Al volver los dominicos al convento, el obispado salmantino integró a los feligreses de la iglesia de San Polo en la iglesia de los Trinitarios, conocida desde entonces como Iglesia de San Pablo (San Polo es la versión antigua del nombre de San Pablo).
Era una de las parroquias más antiguas de Salamanca, pues fue fundada el año 1108 y dotada en 1112 por el caballero portogalés Esteban Rodríguez.
Sobre parte de sus ruinas se encuentra el Hotel San Polo, el resto es un jardín público.
