Situada a la part sud del recinte enmurallat del s. XIV. La capçalera s'orienta cap a l'est. Obrada amb carreus regulars de pedra.
Planta de creu llatina, formada per tres naus de set trams, la central amb volta de canó lleugerament apuntada, amb arcs torals que recolzen en pilars cruciformes, mitjançant una columna adossada. Els trams s'uneixen amb arcades de mig punt que descansen el els pilars. Uns arcs de mig punt, partint dels pilars, arriben a la línia d'imposta de la volta central, incloent unes obertures d'arc de mig punt.
Transepte amb volta de canó, amb capelles a cada braç i tester heptagonal.
Girola amb cinc capelles radials semicirculars entorn del presbiteri. La volta de la girola és apuntada, amb nervadures cilíndiques recolzades en pilars cruciformes units per ogives.
El centre del creuer és amb volta d'ogives. La nord és col·lateral amb volta d'aresta.
Conserva una magnífica portalada romànica d'accés amb un gran timpà.
La façana exterior (1669-1717), bastida amb pedra calcària i jaspi, fou dirigida pels mestres d'obres de Tarragona F. Portella i J. Llagostera i acabada el 1717 per Marià Montanyà. Fou costejada per Lluís Ramon Folc, de Cardona.
El campanar és situat sobre el braç sud del creuer. Bastit entre 1666 i 1668. Fou costejat per Pere Antoni d'Aragó per substituir el campanar del cimbori. Per a la seva construcció s'aprofità com a base una torre quadrada prexistent.
El cimbodi, bastit entre 1330 i 1348, és situat sobre la intersecció del creuer i la nau central. De base octogonal, té vuit grans finestrals gòtics profusament ornamentats. Restà inacabat i al segle XVII (1680-84) es construí la galeria superior, amb petites obertures apuntades i una cúpula.
S'hi treballava des del 1170 (temps de l'abat Hug), segons els donatius que s'han conservat. A partir del s. XIII aquest ja no apareixen, cosa que indica l'acabament de l'obra. Alfons I (1176) i Pere I (1190) decidiren ser-hi enterrats. Les donacions per a llànties acaben també a la fi del s. XII.
L'abat Ponç de Copons (1316-1348) va modificar la nau lateral sud (capelles bastides entre 1330 i 1336).
Sofrí dos incendis importants el 1575 i 1625 i els saquejos-incendis de 1822 i 1835. El 1792 patí un fort terratrèmol. El segle XVIII s'obriren llanternes a les capelles de la girola i l'any 1731 es va construir una capella-sagrari al deambulatori.
Els Panteons Reials (ss. XIV-XV) i el dels Cardona (s. XVII) foren destruïts el 1836. Les restauracions començaren el 1844 i van continuar el 1850,1854,1876 i 1880. Ramon Salas i Ricomà féu un projecte general de restauració el 1926 que continuà fins el 1930. Destacable la restauració dels Panteons Reials (F. Monravà i F. Marés, 1942-44).
El 1949 l'escultor Modest Gené va restaurar el retaule major, esculpint de nou algunes imatges i l'escultor Joan Rebull restaurà la imatge de la Verge.
El 1963 s'eliminaren uns grans reliquiaris del segle XVIII que obstruïen dues ogives del deambulatori. El procés de restauració acabà el 1969.
Entre 1979 i 1981 la Generalitat féu restaurar el cimbori, essent dirigides les obres per S. Ripoll i Sahagún.
- L'església posseí diversos cadirats, orgues, retaules, sepulcres, etc... Pràcticament tots destruïts al s. XIX.
- La mesa de l'altar (s. XIII) és la millor peça moble romànica del monestir.
- Retaule de l'altar major renaixentista obra de Damià Forment (1527-29). Obrat en alabastre.
- Panteons Reials (1340-1952)
- Sepulcre del rei Martí l'Humà (1950-51) de Frederic Marés.
- Sepulcre d'Alfons IV (1671-73), obra de Joan i Francesc Grau.
- Sepulcre dels ducs de Cardona-Segorb (1659-1662), de la família Grau.
Bon estat de les façanes, lŽinterior.
Té adossat al mur nord el claustre major, contràriament a la disposició usual dels monestirs del Cister, per a necessitats de relleu.
- Domènech i Montaner, LL. :Història i Arquitectura..., pp. 170-179.
- Dimier, M.A. : LŽArt Cistercien hors de France. Zodiaque. pp. 130-131.
- Santacana i Tort, J. : El Monasterio de Poblet. Poblet, 1974, pp. 149-153.
- Altisent, A. : Història de Poblet. pp. 158-160 i 174-177.
- Bassegoda, J. : Història de la Restauració de Poblet. (1983), pp. 300-313.
- Finestres, J. : Historia de el Real Monasterio..., Vol II, p. 197, 400-401, Vol. III, p.20.
- Arxiu de Plànols de Poblet. Escola dŽArquitectura (1913-1916) dirigits per Domènech i Roura.
- Dibuixos de Domènech i Montaner, op. cit. pp. 121, 173 i 236.
AHN. Gravat de Parcerisas (s. XIX), abans de la destrucció del Monestir.
-Arxiu Fotogràfic de Poblet.
- Arxiu Mas-BCN.
- Arxiu Càtedra Gaudí-BCN.
- Arxiu Diputació BCN.
- AHN, Poblet, carp. 2015, perg. 4.
- AHN. Poblet. Còd. 992 B, fol. 201v-202v. (Cartulari del s. XIII).