Das Zentrum der Klosterkirchengemeinde ist die Klosterkirche. Die um 1200 erbaute romanische Kirche ist von beeindruckender Schönheit und lohnt jederzeit einen Besuch (die Kirche ist tagsüber immer geöffnet). Die besondere Atmosphäre der Kirche verdankt sich ihrer langen Geschichte als Gotteshaus und Pilgerkirche. In unregelmäßigen Abständen gibt es Konzerte.
Die Klosteranlage liegt auf einer Anhöhe und bildet mit den Klostergebäuden eine Einheit. Um 1200 musste die Pfarrkirche, bisher von Dorfgemeinde und Chorherren genutzt, einer spätromanischen Basilika weichen. Der Westturm stammt noch von der älteren Pelagiuskirche (um 1050), von der das Patronzinium des hl. Pelagius auf die neue Kirche des Chorherrenstifts übergegangen ist. Das Langhaus wurde um 1200 begonnen, als Baumaterial wurde Stubensandstein gewählt. Die flachgedeckte Basilika, die durch eine Vorhalle betreten wird und in einen rechteckigen Altarchor (erbaut zwischen 1225 und 1240) mündet, wird durch massive romanische Rechteckpfeiler gestützt. Die niedrigen Seitenschiffe haben im 15. Jahrhundert Veränderungen erfahren: das südliche wurde durch Maßwerkfenster und Rippengewölbe dem gotischen Kreuzgang angeglichen, im nördlichen sind die Fenster ebenfalls gotisch verändert worden. Besonders erwähnenswert ist die Denkendorfer Krypta, die vor allem durch die Nachbildung des leeren Grabes Christi, aber auch durch die Gestaltung als Saalraum, durch ein Tonnengewölbe überspannt, auffällt. Spätere bauliche Veränderungen betrafen das Dach (gotisches Steildach nach 1377), die Vorhalle (gotisches Portal 1468, Baldachin 1478), Krypta (Fresken 1515), Kanzel (1518) und Turm (um 1633/34).
Mitte der 1970er Jahre wurde das Äußere der Kirche im Stil der Romanik mehrfarbig gefasst. So ist das Kirchengebäude heute eines der wenigen Beispiele romanischer polychromer Architekturbemalung.
