La construcció primitiva, que data de començaments del s. xi, té influència dels models llombards i de l’arquitectura preromànica. La planta basilical és de tres naus molt estretes i allargassades, cobertes amb volta de canó i capçades a llevant per tres absis. El de tramuntana fou suprimit en construir la sagristia. Les voltes de les naus tenen un canvi de nivell prop dels absis, i els arcs formers que separaven les naus foren molt modificats per suprimir els pilars que hi havia entre ells. Primer es van construir unes arcades dobles, encara en època romànica, a cada costat, per suprimir el pilar pròxim al presbiteri, i després, ja al s. xviii, se’n va construir una de triple al costat nord de la nau central que és contemporània a la creació de la capella lateral nord, al nou campanar i a la sagristia. En la part de ponent els arcs estaven tallats per un cor, just on, a sota, s’obria la porta primitiva, la qual es traslladà a migdia, ja amb una factura renaixentista.
L’edifici no té ornamentacions a excepció d’uns arcs llombards a l’absis central. Aquest absis estava parcialment tapat a l’exterior per una escala que anava a sobre la sagristia i al campanar. Tot l’edifici té grans carreus romans aprofitats, tant a les parts romàniques com a les posteriors. L’any 1610 es construeix la capella del Roser i segons les inscripcions que figuren a l’interior, l’any 1736, es du a terme una nova modificació, promoguda per la família Pagès. Amb les obres de restauració, portades a terme conjuntament per la Diputació de Girona i l’Ajuntament de Sant Julià de Ramis, finalitzades l’any 1997, es volgué reposar l’estructura romànica inicial: reconstruir els pilars interiors, recuperar l’absis central i el de tramuntana, desmuntar el cor, la sagristia, l’escala del campanar i obrir la porta primitiva. Alhora es va portar a terme una investigació arqueològica, que va posar al descobert l’existència d’estructures ibèriques, com restes del poblat ibèric a sota la sagristia i una estructura de planta rectangular sota els absis. Pel que fa a l’advocació als sants metges Cosme i Damià com a patrons secundaris del poble, data de quan l’antiga parròquia estava dedicada a sant Julià, molt venerat entre els antics cristians. No obstant això, els sants metges, amb un culte popular i una llarga veneració a Sant Julià de Ramis, celebrada el 27 de setembre (actualment se celebra el 26 de setembre), degueren substituir, com en molts altres indrets, la primitiva dedicació romana a Càstor i Pòl·lux.