L'edificio più importante e meglio conservato di tutto il complesso è la grande chiesa abbaziale di Sant'Antimo. Essa, completamente in stile romanico, sorge lungo il lato nord del chiostro ed è orientata sull'asse est-ovest, con l'altare ad oriente. All'esterno, la mole della chiesa abbaziale è visibile da tutta la conca in cui si trova grazie alla sua notevole altezza (che all'apice della facciata tocca i 20,50 m) e, soprattutto, al suo campanile, che invece arriva 27,50 m all'altezza della terrazza. La torre campanaria è preesistente rispetto alla chiesa attuale (infatti era del tempio degli inizi dell'XI secolo) e, per questo motivo, è attaccata alla chiesa; caso non unico, perché anche il campanile della Pieve di Maria Santissima dell'Assunzione di Stazzema che risale al 1297 è attaccato al livello dell'abside della chiesa, tanto che da quest'ultima si accede al fondo della torre; che però raggiunge un'altezza di 31 metri in cima alla cupola, escludendo la croce che la sormonta. Assieme al campanile, caratterizzato dalle belle bifore e monofore che si aprono lungo le pareti, degna di nota è l'abside, che all'esterno appare in tutta la sua magnificenza e solennità. Essa è coronata dal deambulatorio di derivazione francese, le cui tre cappelle radiali hanno, come sostegni del tetto, delle bellissime mensole scolpite con vari soggetti, fra cui la testa di un monaco e quella di un'aquila. La facciata della grande chiesa è rivolta verso occidente ed è a salienti. La grande porta d'ingresso è inglobata all'interno di una struttura a tettoia (frutto di un protiro incompiuto - posteriore al progetto del portico) ed è preceduto da una lieve strombatura. Al di sopra del varco d'ingresso si trova il bellissimo architrave scolpito raffigurante una pianta di vite. Il presbiterio della chiesa abbaziale di Sant'Antimo non occupa soltanto l'abside, che, a parte il deambulatorio, è di dimensioni assai ridotte, ma si protende ad occupare la navata centrale sino alla penultima arcata partendo dall'ingresso. Nell'area al di fuori dell'abside semicircolare sono disposti, lungo il corridoio centrale, i semplici stalli lignei in cui prendono posto i canonici durante le funzioni religiose e durante la Santa Messa. In posizione piuttosto avanzata, sulla sinistra, vi è l'ambone, sul quale è stato riprodotto il bassorilievo del Maestro di Cabestany "Madonna con il Bambino e gli Evangelisti" che si trova sul campanile. Al centro dell'intersezione fra la navata e l'abside, ove, originariamente, vi era l'arco absidale si trova, rialzato di tre gradini, l'altar maggiore in pietra è costituito da un corpo di base avente la forma di un parallelepipedo completamente privo di decorazioni su cui poggia una lastra di marmo spessa circa 5 cm. Dietro l'altare si trova una delle più belle e preziose opere che sono custodite nel tempio il grande Crocifisso dipinto medioevale che, dopo secoli di abbandono presso il matroneo di destra, è stato ricollocato nel suo posto originario soltanto nel 1972. In questa magnifica rappresentazione di Cristo in Croce, in cui si mescola la scultura con la pittura, Gesù, che tiene gli occhi chiusi come un silenzioso grido di dolore, appare a torso nudo ed è cinto alla vita da una fascia di stoffa blu bordata d'oro, semplice e ricca allo stesso tempo. Al disotto dell'altar maggiore vi è la piccola cripta, alla quale si scende tramite una scaletta posta dinnanzi alla porta della sagrestia, nell'ultima campata della navata laterale destra. Questo piccolo ambiente è coperto da una semplice volta a botte ribassata, nella quale vi è un'apertura che dà sui gradini davanti all'altare. Addossato alla parete di fondo si trova quello che era il sepolcro di Sant'Antimo, ricavato in un altare cavo all'interno e munito, sulla parte anteriore, di un foro rettangolare, da cui si potevano vedere le reliquie. Sopra di esso si può vedere un semplice affresco dei primi del Quattrocento raffigurante "La deposizione di Gesù nel Sepolcro".