Secondo una lapide, esposta presso l'edificio, la prima datazione della chiesa è risalente al 1133.
Nel 1581 subì le prime modifiche alla struttura e maggiormente nel 1604 grazie alla donazione da parte della Repubblica di Genova di alcuni fondi per le ristrutturazioni. Un sostanziale intervento, che interessò la chiesa e il campanile, si ebbe ancora tra il 1749 e il 1793 modificando notevolmente l'impianto originario.
Oggi l'interno si presenta con un'unica navata, dove si trova l'altare maggiore, sormontato da un crocifisso ligneo di Anton Maria Maragliano. Sono inoltre conservati, grazie alla spontanea donazione della famiglia genovese Spinola, due tavolette fiamminghe del Quattrocento e tele del XVI e XVII secolo attribuite ai pittori Guido Reni, Luca Giordano e al Guercino.
Particolarmente di pregio per la chiesa è il quadro del pittore Van Dyck raffigurante la Crocifissione di Gesù tra i santi Francesco e Bernardo e Francesco Orero, quest'ultimo nobile locale e donatore del dipinto alla chiesa. La tela fu dipinta, con molta probabilità, durante il suo soggiorno a San Michele di Pagana tra il 1621 e il 1624.
Si ricorda inoltre il contributo nell'Ottocento della famiglia Figari, come testimoniato dai documenti parrocchiali, nella donazione della statua marmorea di Sant'Antonio che reca la scritta "dono di Antonio Figari", dal pavimento a motivi trapezoidali in marmo bianco e bardiglio, dalle lesene di marmo bianco di Carrara lavorato e dorato, dal cornicione dipinto di celeste con stucchi in oro e dal rosone donato dalla famiglia negli anni cinquanta; quest'ultimo raffigura l'Apparizione della Madonna di Montallegro al contadino Giovanni Chichizola del 2 luglio 1557.
Bibliografia
Gianluigi Barni, Storia di Rapallo e della gente del Tigullio, Genova, Liguria - Edizioni Sabatelli, 1983.
Pietro Berri, Rapallo nei secoli, Rapallo, Edizioni Ipotesi, 1979.
Maria Angela Bacigalupo, Itinerari culturali e religiosi nel Tigullio: ricerche storiche e documenti, 1999.
Sito della diocesi chiavarese, su webdiocesi.chiesacattolica.it. URL consultato l'11 febbraio 2009 (archiviato dall'url originale il 21 febbraio 2011).
Sito della frazione, su sanmicheledipagana.it. URL consultato l'11 dicembre 2009 (archiviato dall'url originale il 27 gennaio 2010).
Sito del Comune di Rapallo, su comune.rapallo.ge.it. URL consultato l'11 febbraio 2009 (archiviato dall'url originale il 20 maggio 2007).