L'histoire monumentale de l'église Saint-Honorat n'a pas encore été tout à fait élucidée. L'église romane réutilise dans sa crypte une abside antérieure dont la date est incertaine. Le mur latéral nord de la nef renferme un portail plus ancien en pierre de taille qui conserve quelques traces de peintures du XII^e siècle. Interprété jadis comme le portail d'une première chapelle orientée nord-sud, cette porte paraît certes antérieure à l'église actuelle, mais elle se trouve située dans l'alignement d'un mur gouttereau encore plus ancien, qui atteste l'existence d'une église préromane sur le même emplacement. Ce mur et son homologue au sud renferme la partie occidentale de la nef romane, incomplète, que l'on avait commencé à aménager dans l'enveloppe plus ancienne, vers le second tiers du XII^e siècle.
Une étude d'élévation et un sondage ont mis en lumière l'évolution particulièrement complexe et sans doute longue de l'édifice : à un premier état appartiennent des murs en petit appareil de moellons dont les fenêtres en plein cintre, une porte au nord-ouest et les angles ont été réalisées avec des pierres taillées de toute évidence dans les cuves de sarcophage réemployées. La façade de cette première nef se trouvait déjà sur l'emplacement de la façade du XII^e siècle. Dans un second temps, postérieur sans doute à la reprise de l'église par les moines de Saint-Victor, en 1040-1044, l'église fut prolongée vers l'ouest, et surélevée en la décorant de nouvelles fenêtres au sud. De cette seconde construction, il ne subsiste pour l’essentiel que le mur sud, où on lit encore l'arrachement du mur de façade.
Au second quart du XII^e siècle, on décida de reconstruire l'église tout en conservant les murs de la première nef. L'édifice entièrement en pierres de taille, reçut un chevet à trois absides dont la courte travée de choeur s'ouvre sur un transept. La crypte sous la vaste abside principale surélevée contenait les reliques de saint Genest, d'Honorat et d'autres saints évêques des premiers temps chrétiens. Elle n'était à l’origine accessible que par deux longs couloirs latéraux. La croisée est couverte d'une coupole sur trompes que surmonte un beau clocher octogonal dont les deux étages sont agrémentés d'un décor d'inspiration antique. Au XVI^e siècle, le transept fut modifié par la construction d'épais massifs cylindriques destinés à consolider les piliers romans, et par le dédoublement des ses arcades.
La nef, à trois vaisseaux couverts de voûtes en berceau qui naissent à la même hauteur, ne put être achevée. Seule la dernière des cinq travées prévues et le mur sud de la quatrième furent réalisées, avec l'amorce de certains piliers et de la façade occidentale, dotée d'un beau portail dans le style roman de la fin du XII^e siècle. L'édifice, dont la construction fut abandonnée -d'après les textes- au début du XIII^e siècle, accueillait par la suite des enfeux (niches funéraires dans les murs, destinées à recevoir des tombes). Du XV^e au XVII^e siècles, datent les nombreuses chapelles funéraires, aujourd'hui en partie détruites, qui vinrent se greffer autour de la vénérable église.