Nel VIII secolo, il monastero e la biblioteca furono bruciate degli arabi e diverse opere letterarie andarono perdute. La basilica venne donata nel 1089 da Costantino-Salusio II de Lacon-Gunale, giudice di Cagliari, ai monaci Vittorini di Marsiglia, che vi istituirono un priorato e ricostruirono il monastero in forme protoromaniche tra il 1089 e il 1119 e vi istituirono la sede del priorato sardo. Ai monaci si deve la ristrutturazione della chiesa in forme protoromaniche. Durante questa fase, dovuta a maestranze provenzali, fu mantenuto il corpo centrale cupolato e furono riedificati i quattro bracci, di cui resta integro solo quello orientale. La navata mediana ha volta a botte. Nella prima metà del 1300, durante l'assedio catalano, il monastero venne gravemente danneggiato, cadendo del tutto in rovina un secolo dopo.

  La chiesa fu restaurata nuovamente intorno al 1484. Intorno al 1614 ebbero inizio gli scavi per la ricerca dei corpi santi. In un manoscritto del Carmona del 1631 sono contenuti due disegni dell'edificio romanico ancora integro, prima che nel 1669 dai bracci in rovina fosse asportato del materiale impiegato nella ristrutturazione della cattedrale cagliaritana. Nel 1714 la chiesa fu concessa alla corporazione dei Medici e degli Speziali, che la intitolarono ai protettori SS. Cosma e Damiano. Danneggiata durante i bombardamenti del 1943, subì in seguito vari restauri, fino ad essere nuovamente riaperta al culto nel 1996. San Saturnino è il patrono della città di Cagliari e la sua memoria è fissata al 30 ottobre, ma non è presente nel Martirologio Romano. Della vita di San Saturno non abbiamo alcuna notizia certa. 

  Ci sono state tramandate tre Passioni. La prima venne pubblicata nel 1470-80 da Bonino Mombritius, l’autore edita la Passio con molti errori accresciuta con la Passio di S. Sergio e il racconto del S. Saturnino tolosano. La seconda pubblicata da Giovanni Arca nel 1598 presenta molte somiglianze con la Passio del vescovo di Tolosa. Il testo agiografico più importante riguardante San Saturnino è certamente la Passio, nella versione manoscritta in due codici del monastero cistercense di Morimondo, datati al XII-XIII secolo. Saturno nacque a Cagliari da genitori cristiani. Un giorno nella sua città natale i pagani svolgevano una processione con dei tori che dovevano essere sacrificati a Giove. 

  Il giovane Saturno venne additato come cristiano. Iniziò un inseguimento, un vero e proprio tentativo di linciaggio che si concluse tragicamente alla periferia della città. Portato al Campidoglio venne sgozzato da degli esagitati senza subire processo. Il suo corpo abbandonato sul ciglio della strada venne recuperato da alcuni cristiani che lo seppellirono in una grotta . Secondo il Motzo, il Saturno cagliaritano non è identificabile con il San Saturnino vescovo di Tolosa, ma sono due persone distinte. Dal 1086 sino a tutto il XIV sec. in vari documenti di archivio il santo è sempre identificato come Saturno, il suo nome non era ancora mutato in Saturnino23. A smentire la teoria del Motzo un recente ritrovamento di un iscrizione del VII-VIII presso la Chiesa di San Pietro di Sinnai che menziona un sanctus Saturninus. Ad oggi l'ipotesi più probabile è che si tratti di un culto locale nato dopo la pace della Chiesa e potenziato tra la fine del IV e V sec24. 

  Dal punto di vista della tradizione era in uso a Cagliari un modo di dire che invitava le donne a indossare gli abiti autunnali, a testimoniare l' importanza della festività fissata per il 30 Ottobre come festività stagionale. In alcune regione della Sardegna il mese di Novembre è indicato in lingua sarda come Mese di San Saturno . Il 30 Ottobre la città di Cagliari rende omaggio al suo santo patrono con una sobria celebrazione presso la basilica a lui dedicata. La memoria non è presente nel Martirologio Romano.