L’edifici
Construïda íntegrament amb pedra sorrenca de la muntanya on s’alça, l’església consta d’una nau coberta amb volta de canó de mig punt, reforçada per dos arcs torals i coronada a l’est per un absis semicircular que té cinc nínxols rebaixats al gruix del mur. A banda i banda del tram de nau que precedeix l’absis, s’hi obren dues capelles del segle XVI. En aquest tram, la nau queda coberta per una cúpula construïda sobre trompes en forma de petxina, que a l’exterior es resol en un cimbori vuitavat. Al costat de les capelles esmentades hi ha dues capelles més, construïdes al segle XVIII. També són posteriors a l’obra romànica la porta d’entrada, oberta a la façana oest i refeta en estil renaixentista, i l’òcul que la corona.
A l’absis, s’hi obren tres finestres de doble esqueixada i arc de mig punt, i n’hi ha quatre més a l’esvelt tambor de la cúpula. Al llarg de les naus nord i sud també sembla que hi devien haver diverses finestres de les mateixes característiques, però no s’han conservat.
A les façanes exteriors del temple encara podem veure, malgrat els afegitons tardans de capelles, una decoració llombarda d’arcuacions entre lesenes que ressegueix els murs laterals i oest de la nau i l’absidal. La decoració del cimbori també consisteix en motius llombards. L’església és un magnífic exemple de les formes decoratives de l’arquitectura del segle XI català, similar a la del monestir de Sant Ponç de Corbera i a la d’altres esglésies de la comarca d’Osona, com ara Sant Pere de Savassona. D’altra banda, el seu aparell, de carreus simples i escairats, s’inscriu dins les fórmules més habituals de construcció del segle XI, època en què l’ús d’elements com ara la trompa i la petxina s’aparten dels models més comuns, però que són corrents en conjunts singulars. Prop de l’església es conserva un antic cementiri de tombes antropomorfes, algunes de les quals es poden datar al segle X.
La història
A l’inici del segle X, l’església era dedicada a la Santa Creu, a sant Esteve i a sant Dalmau. El 904, el comte Guifre Borrell, que residia al castell de Cervelló, donava a l’abat de Sant Cugat unes terres on es trobava emplaçada l’església de Santa Creu, i al mateix temps el bisbe de Barcelona, Teuderic, donava l’església a l’abat de Sant Cugat perquè en tingués cura. Malgrat això, el comte no devia renunciar del tot a l’església, perquè es va reservar l’altar de Sant Esteve. Vers el 992, els comtes Ramon i Ermengol, fills del comte Borrell, van vendre a Ènnec Bonfill el castell de Cervelló amb els seus termes i possessions, tant de terres, masos i camps de conreu com d’esglésies. Bonfill, d’altra banda, va obtenir del bisbe Aeci l’alou que la seu de Barcelona tenia a Cervelló, però no l’altar de Santa Creu, que era en mans de Sant Cugat i al qual no renunciava. Aquesta duplicitat de senyories, la de Sant Cugat i la del senyor de Cervelló, comportà nombrosos conflictes feudals que van acabar amb un probable pacte entre ambdues parts. Els senyors de Cervelló es van quedar l’església amb tots els seus delmes de resultes del pacte.
El 1231, el temple era consagrat de nou. Segons sembla, aquesta consagració no es devia a una reconstrucció important del temple, sinó més aviat a alguna reforma o esdeveniment de relleu. L’església fou abandonada el 1872 a causa de la formació del nou nucli de Cervelló, dins el qual es va erigir una nova parròquia.