В связи с увеличением числа насельников и ростом благосостояния Клюни аббат Гуго I приступил к реализации самого грандиозного строительного проекта в истории аббатства – возведению новой монастырской церкви апостолов Петра и Павла (Клюни III); церковь Клюни II была, в основном, разобрана, алтарная часть превращена в капеллу Сен-Пьер-ле-Вьё. Клюни III была ярким образцом романской архитектуры. Её сооружение стало возможным благодаря щедрым пожертвованиям европейских монархов (в частности, Альфонсо VI, короля Кастилии и Леона) и крупных сеньоров (в том числе герцога Аквитании Гийома VIII). По преданию, строительство храма началось по указанию апостола Петра, который явился парализованному монаху Гунзону и описал устройство церкви; Гунзон рассказал о видении аббату Гуго I. Иллюстрация к этой легенде представлена в рукописи начала XIII в. из клюнийского приората Сен-Мартен-де-Шан: на миниатюре изображены апостолы Пётр и Павел и св. Стефан, объясняющие больному монаху планировку здания с помощью верёвок. Церковь Клюни III была заложена в 1088 г., к 1095 г. удалось возвести алтарную часть (апсиду с широким деамбулаторием и капеллами), которая была освящена папой Урбаном II. Малый (алтарный) трансепт, укреплённый контрфорсами, и основная часть хора были завершены к осени 1115 г. (к этому времени длина здания достигла 52,5 м). В то же время велись работы по возведению большого трансепта, равного по ширине центральному нефу, затем – пять нефов храма, распор наружных стен которого передавался на контрфорсы через примыкавшие под углом арки (впоследствии использованная в Клюни III система контрфорсов и аркбутанов получила широкое применение в готической архитектуре). Общая длина здания составляла 150 м (после пристройки нартекса – 187,31 м), высота – 38,5 м; свод центрального нефа поднимался до 29,5 м при ширине нефа в 11 м и высоте аркады в 10,85 м; толщина внешних стен достигала 1,93 м. Богато декорированный портал возвышался на 18,5 м. Торжественное освящение храма 25 октября 1130 г. возглавил папа Римский Иннокентий II. Церковь достраивалась и в дальнейшем: был возведён обширный двухэтажный нартекс (завершён при аббате Ролане де Эно, 1220–1228 гг.), во второй половине XIII в. получивший новый фасад с окном-розой и порталом, в XIV–XV вв. – башни нартекса (они уравновесили развитую восточную часть храма, увенчанную башнями), тогда же были пристроены новые и реконструированы старые капеллы. Архитекторы Клюни III ориентировались на церкви XI в. клюнийских монастырей в Пайерне и в Ла-Шарите-сюр-Луар (впоследствии перестраивалась), храмы аббатств Флёри (Сен-Бенуа-сюр-Луар) и Сент-Этьен в Невере, а также церкви Сен-Филибер в Турню и церкви Нотр-Дам-дю-Пор в Клермон-Ферране (на две последние – с точки зрения опыта возведения цилиндрического свода). Центральный неф Клюни III был значительно шире, чем в более ранних храмах. Облегчение верхнего яруса стен за счёт оконных проёмов не только позволило улучшить освещение интерьера, но и дало возможность перенести нагрузку на нижнюю часть стен, укреплённую контрфорсами и аркбутанами. В отличие от германской архитектуры (собор в Шпайере, 1030–1061 гг.) акцент был сделан не на простоте плана, а на развитии конструкции и вверх и вширь.