El lloc de Provençana el trobem documentat per primer cop l'any 908, si bé l'església no apareix fins l'any 1045. L'edifici que podem contemplar es va consagrar l'any 1101 pel bisbe Berenguer Folc. En el segle XIV entrà en decadència, que s'agreujà al segle XV amb la construcció d'un nou temple, també dedicat a Santa Eulàlia. A partir d'aquest moment es convertí en capella eremita i fins i tot va arribar a utilitzar-se de galliner, fins que en el segle XVIII es va restaurar. 

En 1957 es va construir un nou temple, per substituir al del segle XV. Està edificat amb estil neo-romànic i està adossat al temple romànic per la capçalera. Això va fer que es perdessin els absis romànics. 

L'església es va construir amb tres nau, que com hem comentat estaven capçades a l'est per tres absis semicirculars, avui desapareguts. Les naus estan separades per dues fileres de tres arcs formers de mig punt, que es recolzen en gruixuts pilars rectangulars. La nau central es cobreix amb volta de canó, mentre que les laterals tenen volta de quart de cercle. Les tres van ser reconstruïdes durant les tasques de restauració fetes en 1970. 

La porta d'accés s'obre en el mur oest. Va ser construïda en 1201 segons podem llegir en una inscripció que hi ha en el timpà on hi diu "Anno Millessimo duecentessimo primo actum est hoc mense marcio a quodam magistro A" (l'any 1201, en el mes de març, això fou edificat per cert mestre A).

Aquesta porta està formada per tres arcs en gradació i dues arquivoltes. La més interior està sostinguda per dos columnes amb els capitells esculpits. En el del costat esquerre podem veure algunes palmetes, mentre que del costat dret s'hi van esculpir altres tipus de fulles disposades en frisos.

L'arquivolta exterior té un fris en forma de ziga-zaga. Tot el conjunt està protegit per un guardapols esculpit amb motius vegetals, que es repeteixen en les impostes on descansen els arcs. 

Sobre la porta d'accés trobem una finestra de mig punt i de doble esqueixada. Corona la façana un campanar de cadireta d'un sol ull.