Базилика находится в 700 метрах к юго-западу от Кафедрального собора Нарбонны. Первая церковь была разрушена пожаром в 5 веке. Основанный на её месте монастырь постигла та же участь. Согласно преданию, он был заложен по указу Карла Великого. Считается, что император собирался хранить здесь мощи святого Павла Сержа, первого епископа Нарбонны. В 12 веке было построено нынешнее здание. Столетием позже хор церкви переделали в новом, готическом стиле. Работы продолжались вплоть до 16 века.
В эпоху Средневековья здешние каноники руководили жизнью всей округи. В Нарбонну стали стекаться паломники, она была важным этапом на пути паломничества в Сантьяго-де Компостела. Кстати, в качестве напоминания о визите в эти места обычно увозили раковины морских гребешков, которые получили название раковин святого Иакова. Как того хотел Карл Великий, правда, несколькими веками позже (1244 год), мощи святого Павла были перенесены в собор, за алтарь. В 13 веке хор был переделан в готическом стиле: добавлены высокие окна, три уровня стрельчатых арок (высотой 22 м) и трифорий. Базилика святого Павла была построена местным мастером и являет собой один из первых примеров готического стиля на юге Франции. Церковь неоднократно разрушали и переделывали.
В интерьере собора готические элементы сочетаются с романскими. Например, три первых пролёта нефа и обходная галерея, украшенная слепыми аркадами, несут на себе отпечаток готики. Эта тенденция сохраняется даже в декоре отдельных элементов: так, трифорий украшен как романскими, так и уже более поздними, готическими арками.
Если входить в собор через южные двери, можно увидеть мраморную кропильницу в форме раковины, в глубине которой высечено изображение лягушки. Эта фигурка связана с любопытной легендой: якобы лягушке хотелось посоревноваться с церковным хором в мастерстве пения, и она пришла в базилику, надеясь переквакать певцов. Когда она окончательно надоела, святой Павел заставил её окаменеть.
Согласно другой легенде, лягушка спасла святого Павла, который принёс в Нарбонну христианство. Неверующие насмехались над священником и хотели даже сбросить его в озеро. Они указали ему на глыбу мрамора и потребовали доказать свою святость, превратив камень в лодку. Святой сделал это. Но оказалось, что он не умеет ей управлять. Противники стали глумиться ещё больше. Тут появилась лягушка и встала у руля, благополучно доставив святого в безопасное место. Сочинитель добавляет, что лягушка когда-то была римской патрицианкой, казнённой за приверженность христианской вере.
В глубине собора можно полюбоваться саркофагом с изображением Христа и самаритянки у колодца. Он датируется 4 веком. А также рельефами с тимпана саркофага, где изображены аббаты и епископы.
Орган церкви относится к 19 веку, он был сделан мастером Батистом Пюже. Орган долго реставрировали, в 2006 году, наконец, прозвучал первый концерт, приуроченный к фестивалю европейской органной музыки.
В 1942 году при раскопках хора были обнаружены захоронения, которые по найденным здесь же монетам удалось датировать 4 веком. Четырьмя годами позже к северу от церкви было открыто раннехристианское кладбище. Его можно посетить. Оно находится внутри апсидальной капеллы, стены которой украшены мозаиками 2-3 веков. В малом нефе этой постройки были отрыты шесть саркофагов, самый древний из которых относится к 3 веку. Он вырезан из мрамора и, вероятно, принадлежал знатной семье. Её члены изображены на крышке саркофага в окружении солнца и луны. Лицевая сторона саркофага покрыта s-образными каннелюрами. В центральной части находится изображение трубящего ангела, на щите рядом с которым есть энигматическая надпись, означающая «они счастливы». Возможно, эти саркофаги - одни из первых свидетелей христианской истории римской Галлии. Здесь же находятся амфоры с костями детей 4-5 лет. Такой способ захоронения детских останков был весьма распространённой практикой.
