Es creu que en el segle IV es construeix un petit temple o martyrium sobre el sepulcre de Sant Feliu l'Africà, que havia vingut a predicar la fe cristiana a terres gironines i que va ser martiritzat per Rufí, un oficial de l'exercit Romà en època de l'emperador Dacià. Estava situat fora les muralles de la ciutat, just al costat del portal de Sobreportes i per tant a tocar de la Via Augusta, la principal via d’accés a Girona.

En els segles V i VII es va convertir en un important centre de peregrinació, degut a la devoció que es tenia a aquest sant en l'Hispània visigòtica i en la Gàl·lia. Aquest fet va comportar la construcció d’un edifici més important. Es creu que en aquest moment es va construir el primer episcopium o primera seu episcopal gironina on avui hi ha l'església de Sant Feliu. En el mur sud del presbiteri es conserva, gravat en una làpida, l'epitafi del bisbe de Girona, Serfdedéu (906), el que acredita que el temple complia les funcions catedralícies.

Alguns estudiosos afirmen amb la rendició de Girona a les tropes de Carlemany, aquestes van construir una nova catedral, dedicada a Santa Maria, com era habitual en la monarquia franca, aprofitant l'antic temple romà. D'aquesta manera hi hauria una catedral carolíngia i una catedral visigoda de forma simultània. Altres fonts creuen que s'hauria afegit el culte a Santa Maria en el temple de Sant Feliu i haurien conviscut les dues comunitats i cultes, el visigot i el carolingi, en una mateixa catedral. Malauradament, no hi ha documents escrits ni arqueològics que confirmin una teoria o una altra. És amb la construcció de la catedral romànica en temps del bisbe Pere Roger a principis del segle XI que tenim la certesa que el temple catedralici es trasllada a l'interior de la ciutat i sant Feliu passarà a ser una simple canònica depenent la seu gironina.

A finals del segle X, va arrelar a la ciutat de Girona la figura de Sant Narcís. Adó, arquebisbe de Viena havia estat el gran difusor de la vida d'aquest sant, que es va inventar inspirant-se en un bisbe de Jerusalem del segle II i que va convertir en bisbe d'Ausburg. La "categoria" del sant, màrtir i bisbe era superior a la d'un "simple" màrtir com Sant Feliu i per tant el seu sepulcre es va convertir en motiu de peregrinació i devoció. Curiosament, la història de Sant Feliu també es va distorsionar doncs va ser reconvertit en diaca al servei de Sant Narcís, malgrat que no van coincidir mai.

L'església de de Sant Feliu, degut a la seva condició extramurs, va patir nombrosos atacs i per això va ser necessari fortificar-la. D’aquesta manera l'edifici actual és el resultat de la barreja de diferents estils arquitectònics i de l’adaptació a les necessitats defensives de la ciutat.

El temple que podem contemplar avui en dia es va dissenyar en estil romànic vers l’any 1200. Seixanta dos anys més tard i quan el temple encara no s’havia acabat, es va fortificar segons les indicacions de la Corona. Aquestes mesures defensives no s’havien enllestit quan en 1285 Felip l’Ardit va sotmetre a un important setge a la ciutat de Girona. Durant aquest setge, les tropes franceses van arrasar el raval de Sant Feliu i van fer servir el temple com a caserna de cavalleria. Els desperfectes van ser importants, especialment en el claustre i en el refetor. Aquest setge va ser representat en l’atri de la canònica de Sant Vicenç de Cardona, on es narra una batalla entre tropes franceses i catalanes davant el portal de Sobreportes i l’església de Sant Feliu. Les pintures es conserven actualment en el Museu Nacional d’Art de Catalunya.

Acabat el conflicte bèl·lic, durant el primer terç del segle XIV es reprenen les obres del temple, pensant en convertir-lo també en un element defensiu de la ciutat. S’aprofiten aquelles estructures que ja s’havien aixecat i que havien sobreviscut o es podien reparar. En aquest moment ja s’havia construït bona part de la capçalera, així com la separació entre les naus fins l'alçada del trifori. També s'havia construït el transsepte i algunes de les capelles laterals, les més properes a la capçalera, així com el claustre.

El temple té planta basilical amb tres naus acabades en un transsepte curt. Les naus estan separades per quatre arcs formers de mig punt a cada banda de la nau central. Inicialment el temple no era tan llarg, doncs els dos darrers trams es van construir en el segle XVI. 

La nau principal acaba en un absis semicircular que sorprèn per les seves dimensions. Té la sobrietat dels absis romànics, però en canvi trobem grans finestrals gòtics, que il·luminen el seu interior. Aquests van ser paredats a finals del segle XIV degut als constants conflictes bèl·lics en que va estar involucrada la ciutat. Per sobre de les finestres podem veure algunes espitlleres i merlets, reforçant el seu caràcter defensiu.

L'absis està precedit per un profund presbiteri.  En les seves parets es conserven vuit sarcòfags de marbre de gran qualitat importats de Roma i fets per artistes de primer nivell. Per aquest motiu, es creu que van ser encarregats per famílies benestants de Girona. Un d'ells és conegut com el sepulcre de Sant Feliu i va ser  col·locat en aquest lloc l'any 1943, mentre que els altres es creu que es van col·locar a principis del segle XIV, quan es van reemprendre les obres del temple després de l'atac de Felip l'Ardit. Aquests estaven inicialment en els cementiris que estaven al voltant del temple. Aquests sepulcres daten del primer terç del segle III i del segon terç del segle IV.

L'absis està decorat exteriorment únicament amb unes mènsules esculpides amb caps humans i d'animals.

També trobem mènsules esculpides en l'interior de la sagristia.  No serveixen de suport a res i el fet d'estar en l'interior de l'edifici ens fan pensar en que aquest no era el seu lloc original i han estat reubicades aquí per a la seva conservació.

El braç sud del transsepte està capçat a l'est per dues absidioles semicirculars, aprofitades del temple romànic. 

La volta d'aquest tram del transsepte es va substituir per dues de creueria, mentre que en el costat nord es va conservar la volta de canó lleugerament apuntada i que arrenca de dues senzilles motllures. 

En el braç nord del transsepte s'obre una gran finestra romànica, formada per tres arcs de mig punt en gradació.

En aquest sector no hi ha absidioles, per que es va construir la sagristia.

Aquesta sagristia en realitat era una mena de capella des de la que es podia venerar el cos de Sant Narcís, visible a través d'aquests dos arcs de mig punt.

Durant el procés de fortificació del temple es construeix una escala de cargol adossada als absis principal i al més septentrional del transsepte nord. Des d'aquesta escala es podia accedir a les golfes i al pas de ronda que hi havia sobre el temple i també al castell de Sobreportes mitjançant un pont de fusta llevadís.

En el sector nord del temple s'alçava un campanar romànic i un claustre. Aquest va ser substituït per un més gran d'estil gòtic entre 1357 i 1360. Aquest va ser un dels claustres més efímers de la història doncs en 1374 va ser enderrocat juntament amb el refetor pel perill que representava per a la defensa de la ciutat. Les seves pedres es van emmagatzemar a la casa de l'abat amb intenció de refer-lo quan la situació fos més tranquil·la, però abans d'acabar el segle van ser venudes al comte d'Urgell. Desconeixem on van anar a parar. 

El claustre ja no es va tornar a construir mai més. El seu lloc l'ocupa actualment la capella de Sant Narcís.

Segons algunes fonts, els capitells del trifori situats en l'absis procedien de l'antic claustre romànic.

De fet, com ja hem comentat, les necessitats defensives de la ciutat van condicionar des dels inicis la construcció i l'estructura del temple. De fet en 1361 es va construir una torre de planta quadrada damunt la sagristia i la capella del Sant Sepulcre i es va emmerletar la capçalera.

També a finals del segle XIV es decideix construir dues torres defensives a ponent del temple, per reforçar les defenses del raval de Sant Feliu. Aquestes torres són les que avui en dia flanquegen la porta principal del temple, però que en aquell moment eren exemptes. Cal recordar que el temple era més curt que l'actual.

Els dos primers cossos de la torre nord no tenen obertures i des de l'exterior sembla que sigui un únic cos, amb una base atalussada.

Les dues torres van quedar aturades a aquest nivell. No serà fins l'any 1532 que s'encarregui a Joan de Belljoc la finalització de la torre nord, reconvertint-la en campanar. Els orígens provençals de Joan de Belljoc es van traslladar a la construcció d'aquesta torre, poc habitual en l'arquitectura catalana.

La torre de Belljoc té tres pisos vuitavats, la planta dels quals disminueix a mesura que pugem en alçada i que s'alcen sobre la gran base atalussada del segle XIV. Els dos primers nivells tenen contraforts en els angles, on descansen els nervis de les voltes. Exteriorment els contraforts estan decorats en la seva part superior amb pinacles. Els pinacles tenen decoració a base de ganxets en les arestes, igual que la piràmide que fa la coberta.

Les finestres del segon nivell de la torre són de perfil apuntat, amb traceries gòtiques. Ressegueix el seu perfil una motllura decorada amb motius vegetals i animals.

El tercer pis té una finestra de grans dimensions en cadascun dels seus murs. Està decorat externament amb motius vegetals.

La seva volta està reforçada amb nervis que acaben en un a clau de volta on figura gravada la data de 1572. El picapedrer no era gaire hàbil, doncs va esculpir el número 7 al revés. En aquest moment el mestre d'obres era Pere Boris.

Per sobre d'aquest pis trobem una galeria, actualment sense barana de l'època, però que es creu que en va tenir, com és habitual en els campanars provençals.

Corona la torre una piràmide, que no està clar si va arribar a estar rematada per una agulla. La construcció dels darrers trams del campanar van ser problemàtica degut a la manca de recursos i als diferents canvis en la direcció d'obra. Va haver  diversos desploms i alguns autors creuen que aquests es devien a un mal càlcul a l'hora de  tancar la torre.  Per aquest motiu es creu que l'agulla no es va arribar a construir. En canvi, altres fonts afirmen que el 9 de gener de 1581 un llamp la va escapçar i aleshores es va decidir eliminar totalment. Quatre anys més tarda es van retirar les gàrgoles per que es trencaven amb molta facilitat.

Gairebé mig segle abans s'havien encarregat les obres per a l'ampliació del temple cap a l'oest, incorporant les dues torres al temple. La nau no es va cobrir totalment fins l'any 1499. També en aquest moment es fortifiquen amb merlets els murs laterals de l'església. 

Les voltes amb que es cobreix la nau mostren clarament el pas d'un projecte romànica a un de gòtic. La separació dels quatre trams en que es divideix la nau es va projectar en època romànica amb grans pilars de planta rectangular en els que s'havien de recolzar els arcs torals en que descansaria la volta de canó, a l'estil del que podem veure en Sant Pere de Galligants.  En aquest cas, la conversió del projecte inicial cap a un més modern fet amb estil gòtic, va fer variar el tipus de volta i per tant els seus suports.

Cadascun dels trams de la nau va passar a allotjar dues voltes d'aresta, els arcs doblers de les quals es recolzen en columnes adossades als murs laterals de la nau, a l'alçada del trifori.

Aquestes columnes tenen capitells decorats amb motius vegetals i figures humanes. A banda i banda de la columna, tenim permòdols en forma de piràmide invertida, on descansen els nervis de la volta. Una solució habitual en el darrer romànic, però que no trobem ja en el gòtic, a excepció de l'església de Sant Genís de Torroella de Montgrí.

Les voltes d'aresta tenen la particularitat que un nervi les uneix longitudinalment a l'alçada de la clau de volta, a mode d'espina dorsal. També es va mantenir aquesta estructura en els dos darrers trams de la nau, construïts en el segle XV. L'existència d'aquest nervi i la construcció de voltes molt petites responen a les funcions militars que desenvolupa el temple, doncs d'aquesta manera les voltes són més resistents i en cas d'ensorrament per culpa dels atacs, aquests seran de menor superfície.

Durant l'any 2009 es va restaurar l'interior del temple. Quan es van netejar les voltes i els nervis de la nau central es va descobrir que conservaven la policromia d'època gòtica i que havien estat tapades amb una capa de calç durant el barroc. Són especialment interessants les claus de volta dels dos darrers trams de la nau, on el mestre Julià va esculpir les imatges de Sant Sebastià i sant Narcís. Al seu voltant i pintats en els nervis, veiem uns aterradors dracs.

La resta de claus de volta són de factura més arcaica, més properes a l'estil romànic que no pas al gòtic. Van ser pintades en el segle XIV, dominant els colors daurats. En la clau que hi ha sobre en el presbiteri trobem representat a un Agnus Dei. A continuació veiem al Crist en majestat beneint amb la mà dreta, l'escut de Catalunya amb només tres barres, Sant Feliu, l'escut de Girona, la Mare de Déu amb el Nen a la falda, i el martiri de sant Feliu. 

El retaule que presideix l'altar major és de factura moderna.

L'any 1936 es va desmuntar el retaule de principis del segle XVI, que podem veure en aquesta foto del 1912 i que forma part del fons fotogràfic Salvany.

També destaca el sepulcre gòtic de sant Narcís, que podem veure en una capella del costat sud. Vers l'any 1300 es va crear la confraria de Sant Narcís degut a l'augment de la devoció pel sant. Aquesta va promoure la construcció d'un nou sepulcre, amb el patrocini del canonge Guillem Socarrats.  Va ser realitzat en alabastre pel mestre Joan de Tournai, que el va enllestir el 29 d'octubre de 1328. Està format per una estàtua jacent al damunt del sepulcre pròpiament dit, que està decorat amb escenes de la vida del sant.

En la capella que hi ha just sota la torre del campanar, podem veure el que en queda del grup escultòric del Sant Enterrament, fet l’any 1350 pel taller del mestre Aloi de Montbrai, que hauria encarregat l’obra a Jaume Cascalls. Malauradament només s’ha conservat sencera la imatge del Crist Jacent. Representa un canvi radical en la concepció anatòmica en comparació amb el que es feia en aquell moment en l’escultura gòtica catalana. El cos de Crist es recolze en tres únics punts en la superfície que hi ha sota (cap, esquena i peus), doncs el cos està corbat fruit de la crucifixió. Destaca la boca entreoberta, que li confereix una sensació de patiment. La seva bella factura ha fet que estigui considerada com una de les millors mostres de l'escultura gòtica catalana.

Completaven el conjunt les imatges de Josep d’Arimatea, Nicodem, Sant Joan Evangelista, la Mare de déu i les tres Maries.

En 1992, fruit d’unes obres a la sagristia, es van localitzar dues figures tallades en alabastre de Beuda, que corresponen a les figures de sant Joan i a la Mare de Déu. Malauradament han perdut alguns dels seus membres i estan força deteriorades. Actualment estan en procés de restauració i per tant no us en podem oferir imatges.

Aquest conjunt estava inicialment situat en la capella del Corpus, que es va enderrocar en el segle XVIII per construir la capella de sant Narcís, moment en que les imatges van perdre la seva funció. Actualment, els fragments de la resta d’imatges que es guardaven en el magatzem del Museu d’Art de Girona i la figura masculina que es mostrava al públic estan en fase de restauració, per recuperar en la mesura del possible l'esplendor del conjunt.

Al temple s'hi pot accedir per tres portes. La façana principal és barroca del segle XVII. En aquest sector mai havia existit una porta fins aquell moment, per les necessitats defensives del sector del riu. En el moment en que es decideix allargar el temple i unir-lo a les torres defensives situades a l'oest, les muralles de la ciutat s'han allunyat de Sant Feliu i per tant es planteja la possibilitat d'obrir una porta en aquest sector.  No serà fins els voltants de 1600 que es decideix modificar el mur provisional de tancament de la nau, per construir-hi una monumental façana.

La portada del costat nord es bastant austera, doncs era la porta que comunicava el claustre gòtic amb el temple.

Està formada per un arc apuntat amb grans dovelles, protegit per un senzill guardapols.

En la part interior trobem una motllura, que es recolza en dues fines columnes amb els capitells esculpits amb motius vegetals.

Destaca el matracà i les finestres en forma d'espitllera que hi ha al seu costat, reforçant el caràcter defensiu de l'edifici.

En el mur sud trobem una altra porta de característiques similars a la del costat nord. Era la porta principal del temple fins que es va construir l'actual façana.

Està formada per arcs apuntats en gradació, protegits per un guardapols, que acaba en caps humans. L'arc més exterior està fet amb dovelles llises, algunes de les quals conserven policromia. Aquest arc descansa en motllures amb decoració vegetal, mentre que l'arc interior es recolza en fines columnes amb capitells també vegetals. 

En aquest cas conserva la policromia afegida al llarg dels segles. En el timpà es representa a la Mare de Déu flanquejada per sant Narcís i sant Feliu.

A banda i banda de la porta trobem arcs cecs apuntats decorats amb traceries gòtiques, a mode d'arcosolis, dins dels quals podem veure nombroses laudes sepulcrals.

Alguns estudiosos han volgut veure en aquests arcs les antigues arcades del claustre gòtic. Aquesta afirmació sembla poc probable, doncs les dimensions dels fusts de les columnes i la llum dels no sembla que es corresponguin amb les arcades que trobem habitualment en els claustres.

En l'exterior del temple, adossat al mur de la nau sud, trobem una rèplica d'un sarcòfag, que es conserva  en l'interior de l'església i que pertanyia a la família Sitjar.

A la cara frontal hi trobem representats dos àngels que sostenen un cercle on hi trobem un Sol i al seu interior un Agnus Dei.

En el Museu d'Art de Girona es conserven diversos elements procedents d'aquest temple, a banda dels fragments del retaule ja citats. Alguns d'aquests es van treure del sepulcre de sant Narcís i formava part de la casulla, l'estola i el maniple del sant.

També es conserva el conegut com a brodat de la resurrecció, un frontal d'altar datat a principis del segle XV dins la primera etapa del gòtic internacional.

Hi ha un altre brodat, que probablement és un fragment d'una casulla, on estan representats sant Pere i sant Pau. Entre ells hi ha quatre rosetes i dos coloms. 

Altres elements conservats són tres còdex. El més interessant és conegut com l'Homiliari de Beda, de la segona meitat del segle XI. Conté comentaris de sant Jeroni i sant Agustí als Evangelis de sant Mateu i sant Joan. Està decorat amb miniatures fetes en vermell i negre, que recorden a les imatges de les bíblies de Sant Pere de Rodes i de Ripoll.

El segon còdex que podem trobar exposat és un sacramentari escrit a finals del segle XII. Conté els textos necessaris per dir la missa al llarg de l'any. Destaquen les miniatures i les caplletres, amb decoració vegetal.

El darrer llibre és un antifonari. Està considerat com el primer llibre de cant conservat a Catalunya. Està datat en el segle XII.

Per últim, també farem referència a una arqueta decorada amb plaques d'ivori clavades a l'estructura de fusta. Està decorada amb diferents animals, entre els que es trobem gaseles, lleopards i algunes aus. Es creu que va ser realitzada en el segle XIII.