Nel 1237 i frati Domenicani arrivarono a Lucca e si insediarono presso la piccola chiesa di San Romano, già menzionata nell’VIII secolo e edificata in un’area su cui insistevano anche gli oratori di San Giuliano e San Bartolomeo. Nel volgere di pochi decenni le accresciute fortune dell’ordine portarono alla demolizione dei tre edifici e alla costruzione di una nuova chiesa dedicata a San Romano, consacrata solennemente nel 1281 e utilizzata già nel 1288 per accogliere il capitolo generale dell’ordine, a testimonianza del prestigio del convento lucchese: la chiesa aveva il consueto impianto ad aula unica tipico delle strutture conventuali ed era probabilmente dotata di una significativa decorazione pittorica, come testimonierebbero i lacerti di affreschi emersi recentemente nell’area presbiteriale e databili alla fine del Duecento. Proprio nell’area presbiteriale si colloca il più consistente intervento di ampliamento del secolo successivo: fu infatti nel 1373, a ridosso della distruzione della fortezza dell’Augusta di Castruccio Castracani e utilizzando in parte anche le pietre della stessa Augusta, che vennero costruite cinque cappelle terminali affiancate, oltre a procedere ad un generale innalzamento dell’edificio. In nessuna di queste fasi venne completata la facciata, preparata per una decorazione a lastre di marmo ma rimasta nuda, anche per lo spostamento dell’accesso privilegiato alla chiesa sul fianco nord: a quest’ultimo è stato poi addossato un porticato e vi hanno trovato collocazione alcune sepolture monumentali di nobili famiglie cittadine. Nel Quattrocento il convento passò sotto la giurisdizione dei Domenicani di San Marco di Firenze: si deve appunto a questa fase l’invio a Lucca di due pale d’altare di Fra’ Bartolomeo, la Madonna della Misericordia e l’Eterno con santa Caterina e santa Maria Maddalena, entrambe passate alle raccolte civiche in seguito ai processi di indemaniamento ottocenteschi e oggi conservate a Villa Guinigi.
L’interno della chiesa come lo vediamo oggi è invece il risultato di un consistente intervento della seconda metà del Seicento, opera dell’architetto Francesco Buonamici: in quegli anni (dal 1660 al 1666) fu di fatto costruito all’interno un nuovo guscio che andava così a nascondere completamente la veste del precedente edificio.
La chiesa è chiusa al culto e di pertinenza del Comune di Lucca: dopo un consistente intervento di restauro, viene oggi utilizzata come auditorium e sala per concerti. L’annesso monastero ospita fin dall’Ottocento una caserma ed ha perso ogni caratteristica storica-artistica di interesse. Fanno eccezione la sala capitolare e un braccio di uno dei tre chiostri originari, adiacenti alla chiesa: nel chiostro sono conservate numerose lastre tombali tardomedievali.