La informació més antiga sobre l’església és del 1012, quan el bisbe Deudat cedí unes finques veïnes al capítol de la Catedral, les quals van ser augmentades l’any següent: “Addidi namque ego Deusdedit, episcopus Barchinone, ad prefatos Kannonicos terras et vineas cum casas et curtes et columbarios, cum ecclesia Sancti Adriani martir, et cum ortos et columbario qui est hec omnia ultra alveo Bissocio”. Però aquesta donació no fou total i els canonges només arribaren a fer efectiu el cobrament dels delmes, mentre que el bisbe en seguí detenint la propietat. Sabem que el 1078 Sant Adrià era de la demarcació parroquial de Santa Maria de Badalona.
El 1092 el bisbe Bertran hi establí un priorat, filial del de Sant Ruf d’Avinyó i, segons insinua la documentació, el va dotar dels edificis necessaris. Formà part d’aquesta comunitat, des del 1093, sant Oleguer, el qual en fou canonge augustinià i prepòsitfins al 1100.
A conseqüència de les ràtzies dels almoràvits de les Balears i de les qüestions amb els canonges de Barcelona, que tenien drets sobre l’església, la canònica de Sant Adrià es traslladà, al voltant del 1114, a Terrassa.
El 1430 el bisbe cedí uns drets a la rectoria de l’obra a canvi que fessin una església parroquial al costat del castell palau i la dotessin d’ornaments. És aleshores quan es devien fer les obertures que hi havia als murs, i s’hi va afegir una mena de capelles que, comunicades entre si per unes grans arcades, crearen com dues naus laterals.
Per la part de llevant tancava el conjunt un mur emmerletat.
L’any 1602 s’hagueren de fer obres per reparar l’església, i el 1624 era tota apuntalada i van haver de treure’n el Santíssim. El 1625 era a punt de caure. Probablement la causa d’aquesta ruïna eren les obertures fetes el 1430 que, per això, es van haver de tornar a aparedar.
La situació de la parròquia era pèssima i se n’hagué de fer càrrec el rector de Santa Coloma de Gramenet, que, més tard intentà agregar-se el terme, sense èxit.
A mitjan segle passat es restaurà l’edifici, i cap al 1900 s’enderrocà l’absis i es bastí una església nova a continuació del petit temple primitiu. Tot plegat desaparegué el 1936.
L’edifici romànic, que va perdurar fins l’incendi del 1936, originàriament havia de ser una església d’una sola nau, coberta amb volta de canó. No tenia cap mena de decoració; damunt la porta s’obria un ull de bou i, a l’absis, dues espidieres o lluernes. L’església era, doncs, molt fosca.
Per uns dibuixos de Jaume Molins s’observa que els murs de la nau eren de carreus. Per tant, no devien ser anteriors al final del segle XI, i això ens permet relacionar aquestes restes amb l’església construïda pel bisbe Bertran.