El lloc de Ligmignana apareix ja en documents de finals del segle X, quan es disputaven l'enclavament, on hi havia un castell a més de la vila, els comtes d'Urgell i de Pallars i el monestir de Gerri, que estava estenent els seus dominis per la vall de Barcedana. El comte Isarn I de Pallars, va donar el control de la zona al cenobi i per aquest motiu  apareixen  els emprius de Llimiana en els falsos de Gerri VI i VII, uns documents dels anys 930 i 953 respectivament. En el primer document es fa referència a dita donació, mentre que en el segon quedarà confirmada a través del seu testament.

La primera referència, tot i que indirecta, a l'església de Llimiana data del anys 1280, quan mitjançant una dècima papal, el capellà de Liminyana s'incorpora al deganat de Tremp. No serà fins el 1314 que trobarem l'església documentada en una visita realitzada pels delegats de l'arquebisbe de Tarragona al diaconat de Tremp. Actualment depèn de l'església parroquial d'aquesta població.

El temple té planta basilical de tres naus, dividides en cinc trams i cobertes amb voltes de canó, si bé la central està lleugerament aplanada.

Aquestes estan reforçades per quatre arcs torals, que es recolzen en columnes semicirculars adossades als pilars i en pilastres quan ho fan als murs laterals del temple.

El canvi d'arc toral rectangular a columna semicircular es fa directament i d'una manera una mica barroera, sense que hi hagi cap capitell.

Les naus estan separades per arcs formers de mig punt.

La capçalera és l'original del segle XI i la formen tres absis semicirculars de tradició llombarda. Pel que sembla, podrien ser els més alts de tota Catalunya d'aquesta època, doncs van ser concebuts amb cripta.

Exteriorment estan decorats amb els motius característics d'aquest estil, és a dir amb arcs cecs, agrupats per parelles i separats per lesenes. 

Els absis laterals presenten una finestra, de mig punt i doble esqueixada, en la part central per a cada nivell: una per la nau i una per la cripta. Aquesta està en un nivell superior a les finestres de la cripta de l'absis central, que són tres. També són tres les finestres obertes en la part superior d'aquest absis principal.

L'interior dels absis, com bona part de l'església ha estat arrebossat i decorat amb falsos carreus.

Quan es van enderrocar algunes de les estructures afegides al temple al llarg dels segles, van sortir a la llum les finestres de la cripta i es va iniciar la recerca d'aquesta estructura. Malauradament,  no es va trobar cap sostre, el que va ser interpretat per alguns estudiosos com que si bé es va preveure en el projecte inicial, finalment no es va construir i es va cegar el seu espai. Altres fonts creuen que la construcció d'un gran retaule per a la capella major va requerir ensorrar el nivell del terra i per tant es va destruir la cripta, omplint-la de runa. Fos com fos, fa uns anys es va decidir excavar aquest espai i es va començar per l'absis sud. L'excavació va quedar aturada, doncs en arribar a l'absis central es van trobar amb formigó i altres elements constructius que si es retiraven podrien afectar greument l'estabilitat del presbiteri. Si es vol posar al descobert la resta de la cripta caldrà una important campanya d'obres, que per el moment no arriba. A més, el temple pateix requereix d'intervencions més urgents que no pas aquesta. Mentrestant podem contemplar l'espai corresponent a l'absidiola sud, on es venera la imatge de Sant Salvador del Bosc, portada des de la capella del mateix nom.

El costat nord del temple ha estat molt alterat per la construcció de capelles laterals. Tenint en compte que ens trobem amb un temple de planta basilical i grans dimensions, sorprèn trobar un gran arc de mig punt en el segon tram de la nau. Si bé la capçalera i bona part del temple estan assentats sobre la mateixa roca on s'alça Llimiana, el costat nord i el més occidental estan sobre un terreny molt menys resistent i al costat de l'antic cementiri, avui convertit en plaça pública. Això ha causat més d'un problema estructural a l'edifici que ha necessitat en més d'una ocasió reforçar els seus arcs i instal·lar-hi tirants que evitin que s'obri l'estructura.

Com dèiem, en el segon tram de la nau hi ha un gran arc de mig punt, que va necessitar d'un reforç en forma d'arc apuntat.

La seva factura és delicada, com el que permet el pas a la sagristia, que presenta unes impostes decorades amb motius florals i boles.

La presència d'aquest arc presenta diversos interrogants. Era un antic pas cap al cementiri? Sembla que és massa gran per ser una porta... Aleshores, hi havia estructures en aquest sector prèvies a la construcció de les capelles? Tampoc no sembla massa normal tenint en compte la grandària i tipologia del temple. Des d'aquí creiem que potser es van construir arcs formers adossats al mur, que permetrien aguantar el pes de la volta i en canvi descarregar el pes del mur.

Al sector sud s'obre la porta d'accés original, tot i que molt alterada pel pas dels segles.

En part per que va ser substituïda per una de nova oberta en el mur oest. En aquest moment es va construir un cor elevat en el darrer tram de la nau i es van cegar els arcs formers d'aquest sector.

També en el mur sud s'obre una altra porta, de doble arc de mig punt i molt estreta i alta. Permet accedir al campanar.

La torre campanar va ser afegida en un moment posterior a la construcció del temple, si bé encara en època romànica, doncs la seva fàbrica és diferent a la de la resta de l'església i per a la seva construcció va ser necessari cegar una finestra.

Això vol dir que va acabar essent més gran que l'inicialment projectat. Algunes fonts s'aventuren a afirmar que va ser un campanar de grans dimensions, cosa que podria ser degut a la ubicació de Llimiana, un perfecte mirador sobre la Noguera Pallaresa, si bé no hi ha cap document que ho certifiqui. Tampoc es té la seguretat que realment s'acabés construint per sobre del nivell del ràfec. El que si podem dir és que va ser refet o sobrealçat amb un gust més que dubtós.

Decorant la part del mur sud més propera al campanar trobem un fris d'arcs cecs de factura molt menys acurada que els de la capçalera.

Fins l'any 1936, es conservava en el temple una talla d'un Crist Crucificat. Es tractava d'un Crist sofrent, que tenia els ulls tancats i semblava desprendre's de la creu. Presentava moltes similituds amb el veí Crist de Mur, també desaparegut i segons alguns estudiosos, també amb els del mestre d'Erill. Estava datat a finals del segle XI o principis del XII. Malauradament va ser cremat amb gran part del mobiliari litúrgic, retaules i imatges que hi havia en l'interior del temple.

Només es van poder salvar algunes imatges del retaule del Roser i una creu processional gòtica.

Presideix l'absis principal la imatge de la Mare de Déu de la Cinta.