Consacrée à la fin du XIème siècle sous le vocable de Saint-Pierre et Saint-Paul par Hugues de Semur, Abbé de Cluny et de Nantua, l'Abbaye de Nantua fut construite sur une ancienne abbaye bénédictine dont on peut dire qu'elle fut soeur aînée de Cluny et dans laquelle il est dit que reposa le corps de Charles le Chauve avant son inhumation à Saint-Denis.
Le fronton, malgré les blessures de la Révolution, reste une splendeur de l'art roman. Elle détonne dans l'art clunisien avec ses chapiteaux sobres mais élégants dignes de l'architecture cistercienne.
Le grand portail occidental, percé dans une façade austère, frappe en effet par la virtuosité de sa sculpture, malgré les visages bûchés.
Le linteau affirme le sacrement de l'Eucharistie avec une représentation de la Cène, le dernier repas que le Christ partagea avec ses douze apôtres avant son arrestation.
La densité des plis aux arêtes vives des vêtements et de la nappe se détachant sur un fond de vaguelettes, est l'œuvre d'un artiste talentueux dont le style dénote l'influence bourguignonne.
Leurs noms latins sont gravés dans la pierre au-dessus d'eux. Selon l'iconographie classique, le tympan martelé à la Révolution présentait le Christ en majesté entouré des quatre évangélistes ; des scènes de la vie de la Vierge sont visibles sur les chapiteaux : Visitation, Annonciation et Purification. Les détails finement ciselés se retrouvent dans la seule voussure subsistante et dans les tailloirs des chapiteaux aux longs entrelacs dans lesquels picorent des oiseaux.
L'église, au plan en croix latine, présente un sol qui s'élève au fur et à mesure de l'avancée vers le chœur. L'abside polygonale est curieusement flanquée de quatre absidioles à fond plat.
La présence des bas-côtés, rare dans les églises romanes de l'Ain, a nécessité l'élévation de douze imposants piliers de calcaire à noyaux carrés flanqués de colonnes qui délimitent les travées.
Plus sobres que ceux du portail, les chapiteaux sont ornés d'autant de décors végétaux différents avec quelques têtes humaines cachées dans les feuillages. Certains ont conservé des traces de leur polychromie d’origine.