Kyrkobyggnaden har under årens lopp genomgått många ombyggnader och är idag en provkarta på olika stilar, bl.a. gotik och renässans, och olika material, som sten och tegel. En av de mest omfattande renoveringarna utfördes av Eugène Viollet-le-Duc.
Saint-Sernin hade status som vanlig kyrka fram till 1778, då den fick hedersbenämningen basilika.