Elle assemble plusieurs types d'architecture, étalés des années 1000 à 1500, puis se discernent des restaurations considérables, du XVIIe au XIXe siècle.
Le clocher, élément visible depuis la vallée du Suran, est de forme octogonale. Son côté nord-est a gardé sa base romane : une double arcade surmontée d'une petite arcature romane.
Tout au long de la nef, sous le toit, court une remarquable rangée de modillons.
Un petit portail du XIIe siècle s'ouvre sur l'actuelle chapelle du Sacré Coeur.
Le grand portail est dû à l'illustre prieur commendataire de l'abbaye, Julien Della Rovere, qui devint pape sous le nom de Jules II, et dont le blason surmonte le tympan qui fut dépouillé de ses trois statues en 1794.
Si les voûtes d'arêtes des collatéraux appartiennent à la construction d'origine, le vaisseau central de la nef ne fut voûté que vers le milieu du XIIe siècle. Il était auparavant charpenté. Les voûtes d'arêtes actuelles datent d'une reconstruction du XVIIe siècle.
La nef relève du premier art roman, avec des maçonneries de pierres modestes, cassées au marteau et liées par un épais mortier. Elle compte 6 travées ; les grandes arcades en plein cintre retombent sur des piliers dépourvus de chapiteau, et de plan tantôt carré, tantôt octogonal, tantôt circulaire. Les bases de ces piliers, enfouies dans le sol dès le Moyen Âge, ont été dégagées en 1963, ainsi que toute la nef qui a été abaissée. Les chapiteaux cubiques des 3 travées occidentales du côté sud sont le fruit d'une restauration du XVIIe siècle. Les parois des nefs centrale et latérales sont percées de fenêtres hautes en plein cintre. Les murs gouttereaux présentent, toutes les deux travées, des pilastres sans doute destinés à recevoir des éléments de charpente ; ces pilastres reposent sur des culots parfois sculptés de têtes humaines, animales ou grostesques.
Le transept, étroit et moins élevé que la nef, fut amputé de ses bras et de ses absidioles à la suite de divers désordres de la voûte.
La coupole de la croisée, notamment, dut, dès l'époque gothique, être soutenue par des ogives renforcées de liernes reposant sur des culots tandis que les arcades ouvrant sur les bras étaient consolidées par des murs pleins (on peut voir les quatre arcs originels)
Le chœur du XIe siècle est bien conservé. La disparition de l'abside, remplacée au XIIIe siècle par une travée de plan carré et les remaniements des chapelles latérales ne permettent pas de restituer précisément du chevet d'origine. Les voûtes des bas-côtés et les deux piliers octogonaux, tous construits en petit appareil sont très représentatifs des techniques de construction du début de l'art roman. Le reliquaire de Saint-Taurin se trouve sur l'ancien autel à l'arrière du chœur. A proximité se trouvent deux piscines décorées de statues de la vierge et du Christ. Réalisées au XIXe siècle, ce sont des copies de statues du XIIe siècle dont l'une se trouve au Musée d'archéologie de Lons le Saunier