Tailloir du chapiteau représentant Daniel dans la fosse aux lions et le prophète Habacuc

Fondée par Clovis en 506 d’après la légende, l’abbaye appelée « de mille moines » daterait en réalité plus probablement du règne de Charlemagne. L'abbaye Saint-Pierre de Moissac est affiliée à l’ordre de Cluny en 1047, marquant le début de son développement spectaculaire, autant matériel que spirituel, jusqu'à devenir l'un des principaux établissements de l’ordre monastique. Débute alors une série de grands chantiers. En 1063, une nouvelle église abbatiale est consacrée ; on bâtit un nouveau cloître achevé en 1100, ainsi que de nouveaux bâtiments conventuels. Le célèbre tympan est achevé une vingtaine d’années plus tard, ainsi que le clocher-porche.
En 1180, Saint-Pierre de Moissac est victime d’un incendie, puis en 1212 elle est pillée et les parties hautes de l’église et du cloître brûlées lors des croisades albigeoises. Les parties endommagées sont relevées de 1260 à 1295, puis les bâtiments connaissent à nouveau des dégradations au XIVe siècle au cours de la guerre de Cent Ans.
De nouveaux travaux sont engagés au XVe siècle dans l’église dont la nef qui est restaurée dans le style gothique languedocien. En revanche, le tympan et les quatre galeries du cloître, dont les 76 chapiteaux sont sculptés, ainsi que le clocher-porche, ne sont pas modifiés.
L’abbaye est menacée à plusieurs reprises: elle est victime de pillages et de dégradations en 1793 et elle est restaurée dans la première moitié du XIXe siècle. Dans la deuxième moitié du siècle, elle est même menacée de destruction par la construction d’une voie de chemin de fer et n’y échappe que grâce à la mobilisation des habitants de Moissac.
L’église abbatiale est composée d’une nef unique à sept travées avec voutes sur croisée d’ogives, et d’une abside unique recouverte d’une voute sexpartite. L’édifice possède également cinq chapelles axiales.
L’abbaye est classée monument historique en plusieurs étapes. La tour de l'ancien logis abbatial avec sa crypte et les peintures qui la décorent sont classés par arrêté du 4 décembre 1923, la chapelle Saint-Ferréol est classée par arrêté du 21 janvier 1930, les bâtiments attenant à la tour de l'ancien logis abbatial ainsi que l'escalier donnant accès aux étages de la tour sont classés par arrêté du 12 février 1942. Le 26 octobre 1960 sont classés par arrêté les bâtiments de l'ancienne abbaye se trouvant à l'est du cloître entre l'église abbatiale et la chapelle Saint-Ferréol, bâtiments qui abritent la sacristie, la chapelle du Tiers-Ordre et la chapelle Sainte-Marthe. Enfin l’arrêté du 21 avril 1998 classe l’ancien séminaire, 2 et 2bis, boulevard Léon-Cladel ainsi que les parties médiévales de l'ancienne abbaye, monument historique.
Les chapiteaux du cloître et le tympan de l’église sont classés au patrimoine mondial de l’UNESCO depuis 1998 au titre des chemins de Compostelle.