Der zentrale Ort für den Gottesdienst des Stiftes war die Stiftskirche. Hier wurden Messen gefeiert, und hier fand das tägliche Stundengebet des Stiftskapitels statt. Da die Stiftsdamen möglichst wenig Kontakt zu Männern haben sollten, nutzten sie eine nur ihnen zugängliche Empore. Diese lag zunächst im Westturm, seit dem 15. Jahrhundert dann im nördlichen Querhaus

In der Zeit der Stiftsgründung um 871 dürfte auf dem Stiftshügel bereits eine Kirche bestanden haben. Im Jahr 1010 kommt es zu einem Blitzeinschlag, welcher den ursprünglichen Bau zerstört. Heutige Untersuchungen geben wenig Aufschlüsse über Aussehen und Bauart dieser Vorgängerkirche.

Nach 1010 erfolgte ein Neubau, von dem Reste im unteren Teil des Westturms erhalten geblieben sein könnten. Im Jahr 1124 wird erstmals das neue Patrozinium der Stiftskirche erwähnt, die fortan den heiligen Kosmas und Damian geweiht war. die neue Kirche wird 1124 erstmals urkundlich erwähnt. Bei der heute bestehenden Basilika handelt es sich in weiten Teilen um einen Neubau aus dem 12. Jahrhundert. Die Stiftskirche ist vergleichsweise hoch, ähnlich einer Bischofskirche. Dies gibt Aufschluss über die Bedeutung und den Einfluss des Stifts zur damaligen Zeit. 

Die Stiftskirche in ihrer heutigen Form bildet ein Kreuz. Das Langschiff ist in der West-Ost Ausdehnung 52 Meter lang, das Querhaus erstreckt sich in der Gesamtausdehnung über 28 Meter. Die Aspis, das Gewölbe, in dem der Altar steht, ist nach Ostern ausgerichtet. Am Eingang der Kirche schirmt der Westturm die Stiftskirche gegen die Stadt ab. Er hat eine Höhe von 23 Metern. Das Gewölbe des Langschiffs ist 13 Meter hoch. Der romanische Neubau zeigt ein für Niedersachsen übliches Schema mit Stützenwechsel. Die Breiten von Haupt- und Nebenschiffen stehen im Verhältnis von 1:2:1 zueinander. Die Chorapsis hat die Form eines Kreissegments, aus den Kreuzarmen tritt je eine runde Apside nach außen, die Apsidenfenster sind spitzbogig geschlossen.

Die romanische Bausubstanz wurde durch Erneuerungsarbeiten und Reparaturen über Jahrhunderte hinweg verändert. Eine umfassende Erneuerung 1853-59 zielte darauf ab, das Bauwerk zu sichern und eine als ideal empfundene „romanische Stilreinheit“ herzustellen. Das baufällige südliche Seitenschiff wurde abgebrochen und von Grund auf neu gebaut. Später wurde das Dach des Seitenschiffes auf der Nordseite vereinfacht.