Per conèixer els orígens d'aquest temple els podem trobar en l'església de Sant Jaume el Vell, situada dalt d'un cim proper a la vila de Frontanyà. D'aquest temple només en queden unes fileres de carreus corresponents a la part baixa dels murs. En el segle XI la comunitat de canonges abandona aquest temple i construeix un de nou molt més monumental en el poble. 

De la canònica agustiniana només resta en peu el temple de finals del segle XI. És tracta d'un dels temples més perfectes i proporcionats de l'arquitectura llombarda a Catalunya. Té planta de creu llatina amb una única nau, amb transsepte i tres absis semicirculars. Tant la nau com el transsepte estan coberts amb volta de canó. En el creuer trobem una cúpula que exteriorment es transforma en un cimbori de dotze cares, que va servir com a model per a la reconstrucció del monestir de Santa Maria de Ripoll. Està decorat amb un fris de finestres cegues en la part superior. 

L'absis central està decorat internament amb cinc nínxols semicirculars emmarcats per un arc de mig punt recolzat en columnes adossades al mur. Exteriorment els tres absis segueixen els cànons llombards, amb una decoració formada per un fris d'arcs cecs, i en el cas de l'absis central també podem trobar quatre lessenes. En el mur es, just a la base del cimbori, podem trobar un altre fris d'arcs de mig punt.

Els murs nord i sud són llisos, sense cap decoració. La porta principal està situada en el mur oest. Aquest mur està decorat amb lessenes i arcs cecs disposats en dos registres: el superior segueix el pendent de la teulada.

La porta és molt senzilla i està formada per dos arcs de mig punt en gradació.

Corona la façana un campanar de torre, construït al segle XVI a partir d'un anterior de cadireta.

Existeixen tres portes més que comunicaven el temple amb altres dependències de la canònica. En el braç nord del transsepte hi havia una porta que comunicava amb el cementiri, avui tapiada. En el mur sud es pot veure la porta que portava cap al claustre. En època més moderna es va obrir una altra porta en el braç sud del transsepte.

L'any 1592 desapareix la comunitat de canonges i l'edifici passa a dependre del bisbat de Solsona.