Érigée à l'emplacement de la première sépulture du saint patron vers le XIème siècle, une église de style roman remplaça l'église primitive de Prisciniacum dédiée à Saint-Pierre et Saint-Paul. Reconstruire au début du XVIIème siècle, elle vit ses piliers en briques remplacés en 1773 par des colonnes en pierre de Senozan. Le grand clocher actuel, coiffé d'un dôme et abritant deux cloches fut édifié en 1824, à la place d'un plus petit. Sa partie supérieure se caractérise par ses baies compartimentées pas des colonnettes et par un dôme assez lourd surmonté d'un clocheton. Ce clocher masque l'abside et les absidioles qui constituent la partie ancienne de l'édifice roman et qui s'ouvrent sur le transept par de magnifiques arcs plein cintre dont les pierres ont été rendues bien apparentes.De cette époque datent également un bloc sculpté de deux feuilles nervurées et un linteau sculpté replacé sur une porte latérale.
La façade dominée par une statue de la vierge en pierre ouvre sur la grande nef voûtée de croisées d'ogives de sept travées alors que les collatéraux sont voûtés en berceau.Tranchant avec l'aspect sombre et minéral mais néanmoins majestueux de la nerf, trois chapelles aux mur peint bordent chacun des collatéraux.L'une d'entre elles est sous le vocable de Saint-Didier.
L'église de Saint-Didier-sur-Chalaronne,superbe édifice roman du Val de Saône, a été bâtie à un carrefour de l'histoire : là se sont affrontés deux mondes, celui de la poussée barbare envahissante avec toute la violence de ses armes et de ses moeurs et celui de la Gaule romaine christianisée, symbolisée par Saint-Didier.