E' una delle più antiche chiesa del quartiere Marina, costruita in stile gotico-catalano, e intitolata alla patrona di Barcellona dai Catalani che avevano appena conquistato la città. Venne modificata diverse volte fino alla costruzione dell’attuale facciata, risalente al XX secolo; all'interno presenta una navata unica con volta a stella.
Nel 1990, durante il restauro della sagrestia, venne scoperto un pozzo profondo 16 metri e colmo di detriti. Vennero quindi eseguiti degli scavi che portarono alla luce una porzione della città antica, tra cui una strada lastricata di epoca romana alla quale si sovrappose un'altra strada di epoca medievale. Sono stati portati alla luce anche i resti di un tempietto, un colonnato e vari ambienti sempre di epoca romana, successivamente riadattati nel periodo medievale.
Alla chiesa è annesso il Museo del Tesoro di S. Eulalia, dove vengono custoditi paramenti e opere sacre di artigiani sardi dal XVI al XIX secolo.