Le notizie più antiche sui santi Gervasio e Protasio risalgono al 386, anno della invenzione dei loro corpi a Milano ad opera di Sant'Ambrogio. Il 7 giugno 386, nella zona cimiteriale di Porta Vercellina (nell'area compresa tra la basilica di Sant'Ambrogio, l'Università Cattolica e la caserma Garibaldi), nel sottosuolo antistante la basilica cimiteriale dei Santi Nabore e Felice, Sant'Ambrogio fece operare uno scavo: vi si trovarono i corpi dei due martiri il cui ricordo era andato praticamente perduto nella Chiesa di Milano: tuttavia i vecchi, ad invenzione avvenuta, affermarono di averne sentito, un tempo, i nomi e di averne letta l'iscrizione sepolcrale. Sant'Agostino, presente a Milano in quegli anni, e Paolino di Milano, segretario e biografo di Ambrogio dicono che il santo ebbe una rivelazione (i due scritti sono rispettivamente del 397-401 e del 422); Sant'Ambrogio, invece, scrivendo alla sorella Marcellina la cronaca di quegli avvenimenti, parla solo di un presentimento.

La sera del 18 giugno le sacre spoglie furono trasportate nella vicina basilica Fausta per una veglia notturna di preghiere: il giorno seguente, venerdì 19 giugno, esse furono solennemente traslate, con un grandissimo, entusiastico concorso di popolo, nella basilica detta attualmente di Sant'Ambrogio, che si era appena finito di costruire, per consacrarla con questa deposizione di reliquie. Sant'Ambrogio dice d'aver predisposto il luogo sotto l'altare della nuova basilica come sua tomba: scoperti i corpi dei due martiri, cedette loro dexteram portionem. Da quanto consta dalle fonti sopraindicate, sembra da escludersi in modo assoluto che l'invenzione dei corpi dei martiri Gervasio e Protasio sia stata un espediente di Ambrogio per meglio resistere, attraverso l'entusiasmo delle folle, alla corte in generale ed a Giustina in particolare, che pretendevano la consegna agli ariani di una basilica milanese; parimenti affatto gratuita è l'opinione che i due martiri siano una trasposizione cristiana dei Dioscuri.

La traslazione delle reliquie dei martiri Gervasio e Protasio fatta da Ambrogio a scopo liturgico, sull'esempio delle traslazioni liturgiche orientali, ebbe un influsso notevole in tutto l'Occidente, segnando una svolta decisiva nella storia del culto dei santi e delle loro reliquie. I due santi godettero subito di una notevole popolarità, soprattutto in Occidente: furono particolarmente venerati in Italia, a Ravenna, a Brescia ed a Roma, dove, sotto il pontificato di Innocenzo I (402-417), la matrona Vestina eresse una chiesa dedicata in loro onore, l'attuale San Vitale in via Nazionale; in Gallia, a Vienne ed a Rouen; in Spagna, a Carmona; in Africa, a Cartagine. L'anniversario della invenzione dei loro corpi ben presto entrò nei più importanti calendari e sacramentari, come il Calendario Cartaginese, il Sacramentario Gregoriano ed il Martirologio Geronimiano che li ricordano tutti, concordemente, il 19 giugno.

Data la fama dei due santi e la scarsità delle notizie che li concernevano, tra la fine del secolo V e l'inizio del VI, un autore rimasto anonimo, ne compose la passio, inserendola in una lettera falsamente attribuita a sant'Ambrogio, nella quale, autore della passio stessa, figura nientemeno che Filippo, il primo grande benefattore della Chiesa di Milano al tempo del vescovo San Caio, il quale avrebbe sepolto i due santi nella sua casa. La passio presenta Gervasio e Protasio come figli gemelli dei Santi Vitale e Valeria. Morti i genitori, i due fratelli vendettero i beni di famiglia, ne distribuirono il ricavato ai poveri e si ritirarono in una casetta ove passarono dieci anni in preghiera e meditazione. Denunziati come cristiani ad Astasio, di passaggio per Milano diretto alla guerra contro i Marcomanni, non vollero assolutamente sacrificare e perciò furono condannati a morte. Gervasio morì sotto i colpi dei flagelli, Protasio venne invece decapitato.

La leggenda intorno ai nostri martiri si arricchì di ulteriori precisazioni: la Datiana historia ecclesiae Mediolanensis afferma che i due santi furono convertiti al Cristianesimo, assieme ai loro genitori, nobilissimi cittadini di Milano, dal vescovo San Caio che avrebbe retto la Chiesa della città dal 63 all'85 e il loro martirio sarebbe avvenuto ai tempi di Nerone (54-68). In realtà sembra che il martirio di Gervasio e Protasio si debba attribuire o alla persecuzione di Diocleziano (e perciò all'inizio del sec. IV) o molto più probabilmente a qualcuna delle persecuzioni della metà del sec. III (di Decio o Valeriano).

Importante è la ricognizione delle reliquie dei Santi Ambrogio, Gervasio e Protasio avvenuta poco dopo la metà del secolo scorso, e precisamente negli anni 1864 e 1871. Il 13 gennaio 1864, sotto l'altare maggiore della basilica di Sant'Ambrogio, furono trovati due loculi: verso nord (e cioè a destra di chi celebra con la faccia rivolta verso il popolo) il loculo più grande dei due martiri, a sinistra, quello più stretto di Ambrogio. I corpi erano rimasti in quei due loculi fino all'anno 835, circa, allorché l'arcivescovo Angelberto II, in occasione del rifacimento totale della cadente basilica del sec. IV e della costruzione dell'altare d'oro del maestro Wolvinio, li riunì in una sola urna di porfido (anch'essa scoperta, ma non aperta nel 1864) che venne disposta in senso trasversale sopra i due loculi che furono lasciati vuoti in situ. L'8 agosto 1871, per ordine dell'arcivescovo Luigi Nazari di Calabiana, l'urna di porfido fu scoperchiata. Era per due terzi piena di acqua limpida; sul fondo stavano i tre scheletri che, esaminati diligentemente, risultarono appartenenti ad uomini che misuravano rispettivamente cm. 163 (Sant'Ambrogio), 180 e 181 (Gervasio e Protasio). Risulterebbe da indagini fatte allora ed in seguito, che una ricognizione dei loro corpi doveva essere avvenuta tra la fine del sec. V e l'inizio del VI. La festa dei due martiri viene celebrata il 19 giugno anniversario della loro solenne traslazione del 386 nella basilica di Sant'Ambrogio; il 14 maggio la liturgia ambrosiana ricorda la reposizione dei corpi dei ss. Ambrogio, Gervasio e Protasio nella nuova, attuale urna preziosa, eseguita nell'anno 1874, dopo la ricognizione del 1871.