En 962, Adon, évêque de Mâcon, ajoute l’église de Mazille aux terres données à Cluny. Vraisemblablement construite peu avant, l’église est alors dédiée à Saint-Julien, et correspond en partie à l’église actuelle (sous le patronage de saint Blaise<ref>Saint Blaise de Sébaste, saint guérisseur, martyr en Arménie en 316. Voir : https://nominis.cef.fr/contenus/saint/553/Saint-Blaise-de-Sebaste.html</ref>). L’édifice est le centre d’un premier groupe d’habitat<ref>Avec la zone autour de Néronde.</ref>. Par la suite, le domaine de Mazille est mentionné dans de nombreux actes et chartes<ref>Rigault, Jean, Dictionnaire topographique du département de la Saône-et-Loire, 2008.</ref>, ce qui témoigne de l’importance du lieu. Les moines s’installent alors dans un ensemble de bâtiments construit sur un éperon, et qui domine la vallée de Cluny et le bourg primitif de Mazille. Au XIe siècle, l’abbé Hugues de Semur érige Mazille en doyenné<ref>Voir la fiche dédiée au doyenné de Mazille</ref>. Dès cette époque, Cluny réorganise les terres de Mazille. L’abandon de l’habitat de la vallée est décidé au profit du bourg actuel, en hauteur autour du doyenné, qui devait concentrer activité et population.

L’église de Mazille est donc dès cette époque isolée au milieu du vallon du Repentir. Elle suit un plan relativement simple : nef unique rectangulaire, travée de chœur flanquée au sud d’une travée sous un clocher carré, et abside à l’est. Son architecture laisse paraître deux phases de construction . La première semble dater de la deuxième moitié du Xe siècle (c’est en tout cas ce que semblent indiquer la très grande épaisseur des murs et la facture du décor), certainement peu avant la donation d’une église Saint-Julien faite par Adon à l’abbaye de Cluny. Plusieurs parties de l’édifice actuel remontent visiblement à cette époque : la façade (en partie remaniée), la nef, les murs gouttereaux de la travée de chœur, et l’abside.