Vysvěcení kostela proběhlo v roce 925, současně s uložením těla mučednice sv. Ludmily. Vypadalo to, že se ze svatyně stane hlavní svatostánek nového státu, po založení rotundy sv. Víta v těsné blízkosti ale pomalu ztrácela svoje dominantní postavení a důležitost.

Roku 973 byl knížetem Boleslavem II. založen ženský klášter řádu benediktinů a kostel, který byl přestavěn a rozšířen, se stal jeho součástí. Dnešní románská podoba kostela s hlavní apsidou a dvěma věžemi pochází z přestavby po ničivém požáru v roce 1142. Vlastní kostel je trojlodní bazilika se dvěma věžemi v průčelí, čtvercovým kněžištěm s apsidou a trojlodní kryptou. Práce na kostele vedl zednický a kamenický mistr Werner.

V první polovině 13. století přibyla kaple svaté Ludmily, zdobená nástěnnými malbami, a vstupní portikus na západní straně. Dosud jsou zachovány nástěnné malby Nebeského Jeruzaléma a postavy Ježíše Krista, Panny Marie a sv. Jana Evangelisty na klenbě kněžiště a kaple Panny Marie a v její apsidě. Náhrobek svaté Ludmily pochází ze 14. století a byl patrně vyroben Parléřovskou hutí. V hlavní lodi jsou umístěny náhrobky členů knížecího rodu Přemyslovců.

Období raného baroka připojilo dnešní výrazné průčelí, také celý klášter byl přestavěn.

Barokní průčelí bylo dostavěno koncem 17. století a je nejspíše dílem Francesca Carattiho. Sochy na průčelí vytvořil Jan Jiří Bendl. V letech 1718 až 1722 byla významných českým architektem Františkem Maxmiliánem Kaňkou přistavěna kaple svatého Jana Nepomuckého. Sochu světce s anděly vytvořil Ferdinand Maxmilián Brokoff. Dnešní vzhled, který do značné míry odpovídá podobě baziliky ve 12. století, pochází z přelomu 19. a 20. století. Po devastujícím pobytu vojska v klášteře na konci 18. století byl kostel v letech 1887 až 1908 obnoven podle návrhu F. Macha, který se pokusil vrátit mu románskou podobu. V letech 1969 až 1975 byl rekonstruován i klášter a upraven pro expozici starého českého umění Národní galerie.

Bazilika sv. Jiří je součástí velkého okruhu po Pražském hradě – vstupné 350/ 175 Kč, i malého okruhu 250/ 125 Kč.

Obě věže nejsou pro veřejnost přístupné.