L’església de Sant Gervasi té l’origen en una capella dedicada als sants Gervasi i Protasi ja esmentada el 987. Les notícies augmenten als segles XI i XII, quan s’indica que és situada a Monterols o a Cassoles. Sobre aquest darrer nom s’han apuntat diversos orígens: “cases soles”, “cassoles” (potser hi havia bòviles) o “casules” (cases petites).
Al principi del segle XIII la capella quedava dins el castell senyorial de Pere de Montjuïc, qui, l’any 1243, demana al bisbe de Barcelona que li sigui concedida la categoria de parròquia i que, amb aquest fi, la dotarà amb béns propis. El bisbe hi accedeix un any més tard, però serà el seu fill, quan Pere ja era mort, qui farà donació de delmes, censos, morabatins i drets senyorials a la nova parròquia. Això motivarà l’enfrontament amb la parròquia de Sarrià, ja que Guillem Parons, el seu capellà, al·lega tenir jurisdicció sobre el terreny del castell, i, per tant, sobre la capella. La disputa finirà amb les sentències per part del bisbe (1245) segons les quals el Patronat queda en mans dels Montjuïc (Arnau, fill de Pere, en seria el primer sacerdot, però es reserva el dret de presentació al rector de Sarrià).
A la primeria del segle XIV l’església queda sota la jurisdicció del Consell de Cent, en virtut del privilegi que dóna a aquest organisme el dret de superioritat sobre totes les parròquies dins el límit de Barcelona.
El monestir de Pedralbes es fa seu el dret de patronatge de Sant Gervasi quan, en la seva fundació, adquireix la jurisdicció de Sarrià. En el Llibre de la Cadena (capbreu de rendes) conservat al monestir i datat l’any 1428, podem veure l’estreta relació entre totes dues parròquies, ja que en ell s’explica que els parroquians i el rector de Sant Gervasi anaven a l’església de Sarrià en determinades solemnitats. El rector, a més d’ajudar el rector de Sant Vicenç, rebia els olis el Dijous Sant i, a canvi, li lliurava 12 diners barcelonins.
L’any 1575 el monestir arrenda els drets feudals sobre Sant Gervasi al vicari de Sarrià, però un segle més tard (1682) s’iniciarà un litigi per l’assumpte del patronat. La sentència dictada pel bisbe de Barcelona anirà contra l’abadessa, a qui s’imposa “perpetu silenci” sobre la qüestió.
A partir d’aleshores, els problemes seran més de caire bèl·lic que no pas jurisdiccional. L’any 1706 les tropes franceses que assetjaven Barcelona saquegen l’església, trencant la porta del sagrari i cremant la casa rectoral, mentre que el rector corre a refugiar-se al monestir de Pedralbes. En acabar la guerra, l’any 1714, l’església torna a ser profanada, aquest cop per les tropes de Felip V, i queda en estat pràcticament ruïnós.
A la darreria del segle XVIII es construeix una capella per a la Verge i, finalment, l’any 1842, es decideix reconstruir el temple, segons l’arquitecte Josep Vilaseca. Es triga anys a acabar-la, ja que el pressupost no arriba, tot i que hi col·labora la reina Isabel II.
Durant una forta tempesta, l’any 1882, entra un llampec a l’església i no fereix ningú; aquest fet, interpretat com un miracle, fa que el papa Lleó XIII declari patrona del poble de Sant Gervasi de Cassoles a la Verge Santíssima sota el títol de la Bonanova. El nombre d’habitants del terme parroquial anirà augmentant a conseqüència del trasllat de moltes comunitats religioses i de la construcció de cases d’estiueig de la burgesia barcelonina. El temple tornarà a quedar malmès durant la guerra civil, i és reconstruït de nou el 1939.