L'abbaye de Charlieu a été fondée vers 875 par des moines bénédictins. Ils construisirent une première église laquelle ne possédait qu'une seule nef, couverte d'une charpente. Lorsque l'abbaye est rattachée à celle de Cluny vers 930-940, la première église est remaniée : elle est divisée en trois nefs, voûtée de pierres, et un tour de chœur avec déambulatoire est créé.

Dès le 10e siècle, la communauté se développe et un bourg se forme près de l'abbaye. C'est pourquoi les grands abbés de Cluny, Saint-Odilon et Saint-Hughes, après avoir détruit l'église devenue trop petite, font construire au cours du 11e siècle un édifice plus vaste consacrée vers 1094.

A la Révolution, les moines sont chassés et les bâtiments vendus comme Biens Nationaux sont détruits.

De l'époque romane, il subsiste le narthex, entrée originelle de l'église prieurale. La décoration du portail occidental présente pour la première fois dans la région, au tympan : le Christ en gloire entouré de deux anges qui soutiennent la mandorle et, au linteau, les douze apôtres sculptés de façon très sobre et statique. Le Christ est assis sur la Jérusalem Céleste et accompagné du Tétramorphe (le bœuf de Luc, l'aigle de Jean, le lion de Marc et l'homme de Mathhieu). Au sommet de l'archivolte, on trouve l'Agneau Mystique et, à ses retombées, deux personnages musiciens qui, avec les 24 fleurs, symbolisent, sans doute, les 24 vieillards musiciens de l' Apocalypse.

Sur le côté droit, la petite ouverture porte trois scènes, qui semblent être en étroite relation :

- au linteau : un sacrifice d'animaux évoquant les sacrifices au Temple de Jérusalem (Ancien Testament),
- au tympan : les Noces de Cana (et non la Cène), annonce du sacrifice du Christ (Nouveau Testament),
- sur l'archivolte : les six personnages de la Transfiguration, préfiguration de la Résurrection. On trouve de droite à gauche : Pierre, le prophète Elie, Moïse, le Christ, Jean et Jacques.

C'est toute une progression symbolique qui est représentée ici : sacrifice et gloire, mort et résurrection.

Au-delà du portail, se trouve l'unique travée subsistante dont seuls les bas-côtés ont conservé leurs voûtes d'arêtes. Quelques chapiteaux sont encore en place : à droite des coquilles St Jacques et deux personnages se tirant la barbe (un centaure et un cavalier). A gauche, Daniel dans la fosse aux lions et des feuilles d'acanthes. De là, on peut admirer le revers de la façade de l'église et notamment la grande baie en plein-cintre ornée de feuillages. Elle est entourée de chapiteaux : acrobate et sirène à double queue à droite, animal fantastique à gauche.

Le cloître actuel date du 15e siècle et la salle capitulaire du 16e siècle. Une colonnade, d'un roman primitif, forme claire-voie entre la salle capitulaire et le cloître.

Le parloir (accessible en visite guidée) renferme de nombreux modillons et chapiteaux romans et gothiques.