La historia de la iglesia de San Miguel está íntimamente ligada a la del castillo de Olèrdola. Este fue construido por el conde Sunyer alrededor del año 929, sobre las ruinas de la antigua fortaleza romana que había habido en este lugar.

La iglesia fue consagrada por el obispo Teodorico hacia el año 935. El templo, como el castillo, estuvo a menudo amenazada por las razzias musulmanas. En el año 985 Almanasor atacó la fortificación y en este ataque resultó muy afectada la iglesia, hasta el punto que hubo que reconstruirla y hacer una nueva consagración. Esta se produjo en el año 992 por el obispo Vives de Barcelona.

En el siglo XI y gracias a las numerosas donaciones que recibía el templo, se decide ampliarlo. Lamentablemente, esta ampliación duró poco, pues en 1108 fue parcialmente destruida por un ataque almorávide. Con la intención que fuera reconstruida, el conde Ramon Berenguer III donó el templo en la catedral de Barcelona. A partir de ese momento, la iglesia entró en un periodo de decadencia, que culminó en 1885, cuando perdió la condición de parroquia, momento en que se bendijo el nuevo templo ubicado en el pueblo de la Plana Rodona.

Entre los años 1926 y 1928 fue restaurado por la Diputación de Barcelona. Durante la Guerra Civil sufrió algunos desperfectos, que se repararon a partir de 1953. En esta restauración se decidió eliminar todas las capillas añadidas a lo largo de los siglos, así como la decoración interior, con el objetivo de recuperar el aspecto que debía tener en el siglo XI.

El edificio tiene una sola nave bastante larga. Está cubierta con una bóveda de cañón, reforzada por dos arcos torales.

Los muros laterales también están reforzados con cuatro arcos formeros.

El ábside se encuentra orientado a levante. Tiene planta rectangular y cubierta de bóveda de cañón.

Su bóveda, así como la parte superior de los muros, corresponde a una reforma hecha en época alto-medieval, cuando manteniendo su perímetro, se sobrealzaron sus muros. Desgraciadamente, en la última restauración se decidió volver a rebozar la parte interior de sus muros, impidiendo que se pueda ver la diferencia entre las dos fábricas y el perímetro de la antigua bóveda. Curioso criterio ...

Es por este motivo que se abren dos ventanas, correspondientes a los dos momentos constructivos. La del nivel inferior es de un solo derrame, mientras que la superior es de medio punto y de doble derrame.

En el tramo de la nave más cercano a la cabecera la bóveda de cañón se sustituyó por una cúpula semiesférica, apoyada en cuatro trompas.

La cúpula se manifiesta en el exterior por un cimborrio octogonal. En su parte superior hay un basamento cuadrado. Esto hace pensar que había un campanario de torre, similar al de Santa María de Terrassa o Sant Ponç de Corbera. Nuevamente tenemos que lamentar que no se haya conservado hasta nuestros días.

Posteriormente se construyó en su lugar un campanario de espadaña de dos ojos. En la última restauración se rehizo uno de los dos arcos.

La actual puerta de acceso se encuentra en el muro oeste. Tiene un arco de medio punto, hecho con grandes dovelas y enmarcado por un guardapolvo, que se transforma en imposta. Las jambas y la parte interior del arco están decorados con un doble surco semicircular.

Pero esta no es la única puerta que tenía el templo. En el muro sur podemos ver los rastros de tres puertas más, ahora cegadas. Una de ellas se conserva entera con un arco de medio punto trasdosado. A su lado está el montante izquierdo de una puerta anterior, probablemente la original. Más al este encontramos los montantes de otra puerta, probablemente el acceso a una capilla, ahora desaparecida.

En el muro oeste, encima de la puerta, encontramos uno de los elementos más interesantes del templo: una hermosa ventana geminada.

En 1926, durante las obras de restauración, se descubrió la columna y el capitel de esta ventana, pues había sido tapiada. Su fuste está decorado con tres anillos con sogueado. El capitel, que forma parte del mismo bloque de piedra, está decorado con motivos vegetales y geométricos, poco destacados en relieve. Desgraciadamente el hecho que la ventana fuera cegada, ha provocado la mutilación de algunas partes del capitel.

Este elemento tiene muchas similitudes con los que podemos encontrar en San Miguel de la Cogolla o en Santa Eulalia de Toledo. Con casi toda seguridad, este capitel formaba parte del templo original prerrománico y se reaprovechó en el nuevo templo.

En el Museo de Olèrdola se conserva otro capitel, también vegetal y muy deteriorado. Su datación aproximada podría ser durante la primera mitad del siglo X.

Adosado al ábside por el lado de tramontana encontramos el ábside de la iglesia anterior, la que se construyó entre los años 929 y 935.

Del resto del templo primitivo sólo nos queda el perímetro de la nave rectangular y el de un cuerpo adosado a poniente, probablemente un atrio o una torre.

El ábside es el único que se ha conservado, de planta cuadrada por el exterior y con un arco sobrepasado en el interior. Dos ventanas iluminaban esta estancia: una en el muro de levante y la otra a mediodía. Esta última se cegó cuando se construyó el segundo templo

Actualmente las dos edificaciones se comunican por un pequeño pasillo bastante estrecho.

Pero el elemento más destacado de esta edificación es su arco triunfal, hoy en día convertido en puerta de acceso. Tiene forma de herradura, que arranca de dos impostas.

Alrededor de la iglesia, podemos encontrar varios enterramientos excavados en la roca. Se trata de tumbas antropomorfas del siglo X, es decir el momento de la construcción y existencia del templo prerrománico.