Das bedeutendste Bauwerk Kyllburgs ist die Stiftskirche, am höchsten Punkt des von der Kyll umflossenen Bergrückens gelegen. Sie wurde in drei großen Bauperioden errichtet:
Durch Erzbischof Heinrich II wurden von 1276 bis Ende des 13. Jahrhunderts der Chor und die beiden anschließenden Gewölbejoche gebaut. Ende des 14. Jahrhunderts wurde mit dem Bau des Längsschiffes und der Westfassade begonnen. Zum Bau wurden heimische Sandsteine verwendet. Die Löcher in den Sandsteinquadern zeigen, wo beim Bau Aufzugszangen angesetzt wurden. In der dritten und letzten Bauperiode, die in das erste Viertel des 16. Jahrhunderts fällt, wurde der Stiftsdom erbaut.
Die wertvollsten Ausstattungsstücke der Kirche sind die 1533/34 gestifteten Renaissance-Glasgemälde, die biblische Szenen sowie die beiden Stifter Jakob und Bernhard darstellen. Der Kreuzgang mit einer Anzahl von Grabsteinen wird als einer der schönsten zwischen Trier und dem Kloster Maria-Laach bezeichnet. Eine hochgotische, steinerne Madonna, die lange als Wallfahrtsbild verehrt wurde, steht auf dem Hochaltar.
