L'église Saint-Léger de Royat constitue avec l'ancien prieuré, un monastère de femmes du VIIe siècle. Après l'incursion des Normands au 10e siècle, l'évêque Étienne de Clermont reconstruit l'église, mais la crypte demeure antérieure. L'église est alors en 1095 confiée à l'abbaye de Mozac, elle-même sous domination clunisienne. C'est donc à la fin du XIe siècle que l'église passe sous le vocable de Saint-Léger.

Le rattachement à Cluny ainsi que l'investissement des seigneurs de Royat et des comtes d'Auvergne permet le développement et l'embellissement de l'ensemble du prieuré. Au tournant des XIIe et XIIIe siècle, un mouvement de fortifications des édifices touchent l'Auvergne et plus particulièrement Royat. De cette époque datent le transept et le chevet rectangulaire ainsi que les contreforts et le clocher construit sur une base carrée.

Pendant la Révolution française, le clocher est détruit (1793) et le narthex ruiné. En 1847, le conseil municipal et la fabrique décident de reconstruire le clocher : Émile Thibaud, peintre-verrier est chargé de l'opération et réalise le clocher octogonal encore en place aujourd'hui.

En 1869, l'église et l'ancien prieuré sont classés monuments historiques, et une campagne de restauration générale est lancée en 1873 par l'architecte en Chef Bruyère. Des créneaux et des merlons percés sont ajoutés au-dessus des mâchicoulis de la nef, du transept et du choeur. Le narthex est également reconstruit, tandis que l'on ajoute une tour d'escalier sur la façade méridionale.

À partir des années 1991, plusieurs travaux sont réalisés, afin de restaurer l'église, tel que le parement du clocher.