W roku 609 cesarz wschodniorzymski Fokas podarował Panteon papieżowi Bonifacemu IV, który adaptował wnętrze budowli na kościół pw. Santa Maria ad Martyres (Świętej Marii Panny od Męczenników). Dzięki temu, że Panteon stał się odtąd miejscem kultu chrześcijańskiego, nie został rozebrany jak większość innych świątyń starożytnego Rzymu. Papież ten kazał także usunąć szczątki wielu męczenników z chrześcijańskich katakumb i umieścić je w Panteonie. Doroczna uroczystość tego poświęcenia dała początek uroczystości Wszystkich ŚwiętychBuliński, M. (1861). Historya Kościoła Powszechnego. Warszawa: Drukarnia Jana Jaworskiego.. W roku 663 na polecenie cesarza Konstansa II zdjęto brązowe, pozłacane płytki pokrycia kopuły wykorzystując kruszec do bicia monet. Wierzch kopuły został pokryty ponownie w roku 735, kiedy papież Grzegorz III zlecił pokrycie kopuły i dachu portyku Panteonu blachą ołowianą.
W XIV wieku Panteon został zamieniony w fortecę. W okresie renesansu został odnowiony. Pracami kierował Rafael Santi, który później został w nim pochowany. W Panteonie spoczywają również zwłoki włoskich królów Wiktora Emanuela II (grobowiec ukończony w 1888) i Humberta I.