Le premier document connu est une charte de 902 évoquant la présence à Ambierle d'une abbaye, semble-t-il richement dotée. En 938, dans le contexte de la réforme monastique engagée par les clunisiens, Odon, abbé de Cluny, réforme l'abbaye d'Ambierle. C'est à Odilon, successeur d'Odon, que l'on doit, selon la tradition, la reconstruction de l'église (on ne sait rien de la précédente) et du couvent. En 1101, sous l'abbatiat de saint Hugues (Hugues le Grand, abbé de Cluny), l'abbaye d'Ambierle devient un simple prieuré dépendant directement de la grande abbaye bourguignonne. En 1380, un testament nous apprend que l'église menace de tomber en ruine. A la fin de la guerre de Cent Ans, vers 1441, un incendie détruit une grande partie du monastère et de l'église. Entre 1445 et 1490, Antoine de Balzac d'Entragues, prieur d'Ambierle, entreprend la reconstruction de l'église. Son nom figure en abondance sur les chapiteaux, clés de voûte, vitraux ou éléments de mobilier. C'est de cette époque que datent les admirables verrières qui font la notoriété de l'église d'Ambierle. Au XVIIe siècle, l'église paroissiale étant ruinée, les offices se célèbrent dans la nef de la prieurale. Des différends naissent bientôt entre les religieux et le curé, entraînant la reconstruction de l'église paroissiale (qui sera complétée au XVIIIe siècle par un nouveau clocher). Entre 1753 et 1757, une partie des bâtiments conventuels est reconstruite à l'initiative du nouveau prieur, Jean-Baptiste-François de la Rochefoucauld de Magnac, après un incendie. A la révolution française, l'église subit différentes dégradations. Les bâtiments conventuels sont vendus comme biens nationaux et dispersés entre plusieurs propriétaires ; ils conservent néanmoins leur unité. En 1882/1883, en entraînant le percement des remparts, la construction d'une route malmène les anciens bâtiments conventuels. L'église est classée sur la première liste de monuments historiques établie par Prosper Mérimée en 1840. De 1887 à 1989, ont été menées pas moins de neuf campagnes de restauration des vitraux anciens. Entre 1960 et 1976, l'intérieur de l'église est entièrement rénové. Les derniers travaux extérieurs datent de 1976 (réfection de la couverture du chevet). Enfin, récemment, un aménagement du parvis de l'église et un remplacement des portes de l'église a été effectué.

Édifice religieux, Monument historique