W czasie wykopalisk archeologicznych prowadzonych w latach 1983–1992, wewnątrz ławy fundamentowej kolegiaty romańskiej odsłonięto fundamenty jeszcze wcześniejszego kościoła drewnianego, o konstrukcji wieńcowej, datowanego na przełom X i XI w. Kościół ten, nazwany kościołem św. Wojciecha, był jednym z dwóch (obok najwcześniejszej fazy kościoła św. Wojciecha w Krakowie) najstarszych kościołów drewnianych na ziemiach polskichTadeusz Baranowski, Najstarszy kościół kaliski, [w:] Z Otchłani Wieków, nr 1–2/2002, s. 20. ISSN 0044-1481..
W kolegiacie zostali pochowani w 1202 zwierzchni książę Polski Mieszko III Stary oraz jego zmarły 9 lat wcześniej syn Mieszko Młodszy. Nagrobki obu władców odnaleziono podczas badań archeologicznych prowadzonych w latach 1958–1963. W kolegiacie konsekrowano biskupów wrocławskich i płockich.
Kościół zburzono zapewne podczas najazdu księcia śląskiego Henryka Brodatego w 1233. W następnych stuleciach odzyskiwano z niego materiał budowlany. W czasie przeprowadzonych w latach 1958–1963 wykopalisk pod kierownictwem dra Krzysztofa Dąbrowskiego odkryto nagrobki książąt oraz drewniany pozłacany krzyż procesyjny. Jednonawowa kolegiata posiadała wieżę, emporę, nawę i prezbiterium z absydą, w oknach wprawione były witraże.