La historia, o más bien, la leyenda de este monasterio comienza cuando san Gil (Gilles) lo elige para retirarse para practicar el eremitismo, la narración explica que el santo fue herido por una flecha lanzada por el rey visigodo Wamba mientras cazaba. Como compensación por el incidente, el rey le entregó las tierras donde después se fundó la abadía. Este episodio debería situarse en el siglo VII.
La abadía es conocida desde principios del siglo IX, inicialmente estaba dedicada a san Pedro y san Pablo, pero a mediados del siglo siguiente el patronaje se cambió por el de san Gil, que estaba enterrado en la misma iglesia, este cambio comportó un aumento considerable de fieles devotos del santo. Muy probablemente fue en esta época cuando se fue tejiendo su leyenda. Gracias a todo esto, la comunidad logró de la Santa Sede el privilegio de la exención, es decir, la dependencia directa de los papas, sin embargo, la abadía no salió de la mediocridad. En 1032 le fue entregada la abadía de Saint-Eusèbe de Saignon (Vaucluse). En 1066 se intentó vincularla a Cluny, pero la oposición de los mismos monjes no lo permitió hasta 1077, cuando Gregorio VII aprobó la unión, pero conservando el privilegio de elegir a sus abades.
La afluencia de peregrinos, el vínculo con Cluny y las donaciones de los señores, permitieron que se empezara a levantar una nueva iglesia, el papa Urbano II consagró un altar en 1096, cuando todavía estaba en plena construcción. Un conflicto entre la comunidad y los condes de Toulouse, que querían recuperar el poder sobre la abadía, interrumpió las obras, que no se reanudaron hasta 1116, aprovechando los muros que se habían levantado en el siglo anterior, pero variando la concepción del edificio: ahora dejarían una gran cripta en la parte inferior y, encima, levantarían un gran edificio, de 98 m de largo. Esta obra quedaría interrumpida de nuevo entre 1120 y 1132. En esta última fecha se reanudó la construcción, coincidiendo con una época de auge en cuanto a la llegada de peregrinos y la consiguiente pujanza económica.
Este lugar fue el escenario de la muerte del hereje Pierre de Bruys, que fue quemado ante la iglesia en 1136. En 1154, el papa otorgó indulgencias a los visitantes, lo que incrementó aún más la afluencia de los devotos. Tras una nueva interrupción motivada por la inestabilidad política y religiosa se inicia un tercer período constructivo, entre 1185 y 1209, pero el edificio quedó inacabado. En 1226, el establecimiento religioso quedó sometido a la monarquía, el mismo San Luis le visitó en dos ocasiones. El papa Clemente IV, originario de Saint-Gilles, promocionó las donaciones a favor de la construcción de la iglesia. De todas formas, las dificultades económicas no permitieron terminar la construcción hasta el siglo XIV, en los siglos siguientes todavía se fue completando la obra.
En 1538 la abadía se secularizó, convirtiéndose en la sede de una colegiata. En el mismo siglo los protestantes la incendiaban y quedó en ruinas. La iglesia fue transformada en fortaleza hasta que en 1622 se ordenaba su total destrucción, lo que no llegó a cumplirse por la intervención de las tropas que lo detuvieron, aunque se perdió la cabecera y buena parte de las naves. Seguidamente, se iniciaba su reconstrucción, pero menores dimensiones. La cripta se mantuvo y la nave se recortó en su cabecera. La fachada románica fue restaurada. Durante la Revolución se acabó de derribar lo que quedaba de la antigua cabecera.
Se conserva la iglesia, restaurada después de los destrozos que se realizaron a partir del siglo XVII. Es un edificio de tres naves con bóvedas de arista, separadas por columnas. La nave central es mayor que las laterales. La cripta es de grandes dimensiones, ocupa toda la nave, desde la fachada hasta la cabecera. En el centro de la misma se encuentra la tumba de san Gil, antiguo centro de devoción. En el siglo XVI, la arqueta con las reliquias del santo fue trasladada a la basílica de Saint-Sernin de Toulouse y ahora sólo se conservan aquí algunos fragmentos. Detrás de la iglesia se encuentran los restos de la antigua cabecera, entre ellos un muro que contiene en su interior una interesante escalera de caracol. Hay también algunos restos de otras dependencias del antiguo monasterio.
La fachada es la parte más interesante de la iglesia, una magnífica obra de época románica con fuertes influencias romanas, que se explican por la proximidad de lugares con importantes restos de aquella época (Nimes, Arlés, Orange, Saint-Rémy-de-Provence y otros). Su datación ha sido siempre discutida y va desde la primera mitad del siglo XII, hasta principios del siglo XIII. Por otra parte, se distinguen varias autorías en cuanto a los artistas que trabajaron en ella. La decoración de la fachada está formada por tres portadas, la central mayor que las laterales. El portal de la izquierda presenta una Adoración de los Magos al tímpano y la Entrada a Jerusalén en el dintel.
El portal central tiene representado a un Cristo en Majestad en el tímpano. En el friso inferior, que se extiende por los muros laterales, entre las puertas, se encuentran varias escenas relativas a la Pasión. El portal de la derecha tiene una Crucifixión en el tímpano, y debajo varias escenas relativas a episodios posteriores a la Resurrección de Cristo (Noli me tangere, Santas mujeres en el sepulcro, Aparición a los apóstoles...). Entre las tres puertas se ubican una serie de columnas recuperadas de época romana y, entre ellas, varias figuras de grandes dimensiones: San Miguel, los doce apóstoles y la Lucha de ángeles y demonios. En la parte inferior, junto al suelo, hay personajes del Antiguo Testamento.
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