El lugar de Provençana lo encontramos documentado por primera vez en el año 908, si bien la iglesia no aparece hasta el año 1045. El edificio que podemos contemplar se consagró en el año 1101 por el obispo Berenguer Folc. En el siglo XIV entró en decadencia, que se agravó en el siglo XV con la construcción de un nuevo templo, también dedicado a Santa Eulalia. A partir de este momento se convirtió en capilla eremita e incluso llegó a utilizarse como gallinero, hasta que en el siglo XVIII se restauró. 

En 1957 se edificó un nuevo templo, para sustituir al del siglo XV. Está construido en  estilo neo-románico y está adosado al templo románico por la cabecera. Por este motivo se perdieron los ábsides románicos. 

La iglesia se construyó con tres naves, que cómo hemos comentado estaban acabadas por el este con tres ábsides semicirculares, hoy desaparecidos. Las naves están separadas por dos hileras de tres arcos formeros de medio punto, que se apoyan en gruesos pilares rectangulares. La nave central se cubre con bóveda de cañón, mientras que las laterales tienen bóveda de cuarto de círculo. Las tres fueron reconstruidas durante las tareas de restauración hechas en 1970. 

La puerta de acceso se abre en el muro oeste. Fue construida en 1201 según podemos leer en una inscripción que hay en el tímpano dónde dice "Anno Millessimo duecentessimo primo actum est hoc mense marcio a quodam magistro A" (el año 1201, en el mes de marzo, esto fue edificado por cierto maestro A).

La puerta está formada por tres arcos en gradación y dos arquivoltas. La más interior está sostenida por dos columnas con los capiteles esculpidos. En el del lado izquierdo podemos ver algunas palmetas, mientras que del lado derecho se esculpieron otros tipos de hojas dispuestas en frisos.

La arquivolta exterior tiene un friso en forma de zig-zag. Todo el conjunto está protegido por un guardapolvo esculpido con motivos vegetales, que se repiten en las impostas dónde descansan los arcos. 

Sobre la puerta de acceso encontramos una ventana abocinada de medio punto. Corona la fachada un campanario de espadaña de un solo ojo.