La collégiale est construite à la fin du XIesiècle ou au début du XIIesiècle: la crypteromane en est un vestige qui permet de reconstituer le plan du chœur circulaire, entouré d'un déambulatoire et de quatre chapelles rayonnantes[2]. Elle conserve d'intéressante peintures murales de la fin du XIIe siècle et une statue en bois de saint Sérène de Sirmium, classée mobilier historique[3]; saint Cerneuf vêtu d'une tunique courte et d'un manteau tient une palme de martyr et une bêche[4].
L'église et la paroisse de Saint-Cerneuf étaient initialement dédiées à la Vierge Marie[5] formant l'une des quatre paroisses de l'actuelle ville de Billom, les autres étant sous le vocable de Saint-Loup, Saint-Michel et Saint-Saturnin[6],[7].
Des travaux considérables sont entrepris au XIIIesiècle pour reconstruire l'église: trois vaisseauxgothiques remplacent l'ancienne église dont on a utilisé les fondations; de magnifiques piliers montent d'un seul jet jusqu'aux voûtes.
Le premier niveau du chœur roman subsiste avec ses chapiteaux sculptés d'une belle facture, tandis que les niveaux supérieurs sont complètement repris vers 1250[2]. Par la suite les quatre chapelles rayonnantes furent démolies et reconstruites au XIVeetXVesiècles:
la chapelle à droite du chœur, la chapelle du Rosaire, fut élevée grâce aux dons de la puissante famille des Aycelin de Montaigut. Gilles Aycelin, archevêque de Rouen, a précisé dans son testament rédigé en 1314 qu'il souhaite que son corps soit ramené dans la chapelle de la Vierge qu'il vient de faire construire dans l'église Saint-Cerneuf. La chapelle a été conçu comme un édifice indépendant de l'église été était fermé par une porte en «fer très bien travaillé». Cette chapelle comprend un chevet pentagonal et une travée droite couverte de voûtes d'ogives. Elle est éclairée par trois baies géminées. Cette chapelle est décorée par un important programme de peintures murales mettant en valeur l'architecture et témoignant d'une réflexion sur les fins dernières symbolisant le passage de la terre au ciel, du monde des vivants à celui des morts, de l'humain au divin tel que la «devotio moderna» l'envisageait au début du XIVesiècle. Le testament de Gilles Aycelin prévoyait un «monument décent, commun et élégant pour ses parents et ses neveux». Il subsiste dans la chapelle un monument en pierre de Volvic surmonté d'un baldaquin avec des piédroits ornés de représentations de saint Pierre et saint Paul et un soubassement sur lequel sont figurés un cardinal, deux évêques, une abbesse et quatre ecclésiastiques, probablement les parents de Gilles Aycelin, car Hugues Aycelin de Montaigut a été cardinal, son frère, Jean Aycelin de Montaigut, a été évêque de Clermont, une sœur abbesse à Beaumont, un frère chanoine, et un grand-oncle chanoine à Saint-Cerneuf.
la chapelle nord compte deux travée droites qui peuvent être attribuées au XVesiècle.
la chapelle centrale est dédiée au Précieux-Sang attribuée généralement au XVIesiècle, mais aussi au milieu du XVesiècle. Le culte du Précieux-Sang à Billom remonterait à l'époque où deux chanoines de Saint-Cerneuf, Durand Albanelli et Pierre Barbastra, avaient rapporté une relique du Pécieux-Sang, après la première croisade. Cette relique s'est perdue puis a été retrouvée le Vendredi Saint 1255. Un premier miracle a été constaté en 1274. En 1444, le pape Eugène IV a reconnu l'authenticité de la relique et a autorisé le chapitre de Saint-Cerneuf à fonder une confrérie du Précieux-Sang en accordant des indulgences à ses membres[8]. Le 27 brumaire de l'an II (17 novembre 1793), la relique du Précieux-Sang est détruite par François-Hugues Clédière à la demande de la Société populaire de Billom[9].
La plupart des tombeaux qui l'ornaient furent détruits à la Révolution; il ne subsiste que celui de Gilles Ier Aycelin de Montaigut, archevêque de Rouen qui mourut à Avignon le et inhumé le dans ce tombeau classé au titre des Monuments Historiques[10].
L'édifice est classé une première fois au titre des monuments historiques en 1862 et une seconde fois en 1923[1].
Malgré les pertes diverses pendant la Révolution, la collégiale conserve un important et riche mobilier dont on peut citer les pièces suivantes:
Tableau représentant Jésus guérissant les possédés[11].
Groupe en calcaire sculpté représentant la mise au tombeau de Jésus; ce groupe datant de la première moitié du XVIesiècle comprend huit personnages réunis autour d'un sarcophage sur lequel repose le corps du Christ[13].
Laurence Cabrero-Ravel, «Canton de Billom, Puy-de-Dôme, Inventaire général des Monuments et des richesses artistiques de la France [compte-rendu]», Bulletin monumental, , p.69-70 (lire en ligne)
Jacques Girard, Discours historique sur le sang précieux, que l'on révère dans l'Eglise Royale & Collégiale de Saint-Cerneuf de la ville de Billom en Auvergne. précédé de quelques ecclaircissements relatifs à la même relique, Clermont-Ferrand ,, De l'Imprimerie de L. P. Boutaudon,
Francisque Mège, «Chroniques et Récits de la Révolution dans la ci-devant Basse- Auvergne (département du Puy-de-Dôme) - Les Fabriques d'armes», Mémoires de l'Académie des sciences, belles-lettres et arts de Clermont-Ferrand, vol.40, t.IX, , p.431, note 1 (lire en ligne)
[Brunet et al. 1991] Marceline Brunet, Brigitte Ceroni, Jean-Paul Leclercq et Françoise Uzu (dir.), Canton de Billom, Puy-de-Dôme / Inventaire général des monuments et richesses artistiques de la France, Association Étude du patrimoine Auvergnat, , 114p., lire en ligne sur Gallica
[Courtillé 2000] Anne Courtillé, «Ancienne collégiale Saint-Cerneuf de Billom», dans Congrès archéologique de France. 158e session. Basse-Auvergne. Grande Limagne. 2000, Paris, Société française d'archéologie, , 463p. (lire en ligne), p.67-80
[Courtillé 2002] Anne Courtillé, «Billom: Ancienne collégiale Saint-Cerneuf», dans Auvergne, Bourbonnais, Velay gothiques: Les édifices religieux, Paris, Éditions A. et J. Picard, coll.«Les monuments de la France gothique», (ISBN978-2-7084-0683-4), p.138-154
[Delaplace 2005] Christine Delaplace, Aux origines de la paroisse rurale en Gaule méridionale, IVe – IXesiècles: actes du colloque international, 21-23 mars 2003, salle Tolosa, Toulouse, Errance, , 255p. (ISBN978-2-8777-2302-2, présentation en ligne)
[Héliot 1962] Pierre Héliot, «Problèmes d'architecture dans le centre de la France et l'Aquitaine, à propos du chœur de la priorale à Chamalières-sur-Loire et de la nef de Saint-Cerneuf à Billom», Bulletin de la Société nationale des Antiquaires de France, 1962, (lire en ligne)
[Rhein 1924] André Rhein, «Billom: Collégiale Saint-Cerneuf», dans Congrès archéologique de France. 87e session. Clermont-Ferrand. 1924, Paris, Société française d'archéologie, (lire en ligne), p.112-128
[Ruprich-Robert 1935] Gabriel Ruprich-Robert, «Billom (Puy-de-Dôme): L'église Saint-Cerneuf et sa crypte. Édifices divers», Bulletin monumental, , p.491-501 (lire en ligne)