Le croisillon sud du transept, haut édifice de style roman d’une allure qui n’évoque l’architecture militaire autant que sacrale, était primitivement la chapelle du palais royal dit de Charlemagne. La datation de cette chapelle tout comme l’histoire de l’ensemble de l’église continuent de poser problème, car les sources écrites d’avant 1764 manquent complètement.
Le chœur à pans coupés est gothique, et se compose de deux travées, de longueur à peu près égale que celle de la nef. Les piles sont caractéristiques de la première moitié du XIIIe siècle avec leurs colonnettes et leurs chapiteaux ornés de feuillages. Au début du XIVe siècle fut vraisemblablement construite la chapelle de la Vierge pour le repos de Jeanne de France, femme de Philippe le Bel. La chute du clocher en 1333, l’incendie du château et de la chapelle en 1359, puis la défense acharnée de Jean de Dours contre les Anglais du comte d’Huntingdon en 1439 avaient fortement endommagés l’église et nécessité une reconstruction partielle au début du XVIe siècle, d’après l’abbé Carlier.
La croisée et le croisillon nord du transept dateraient de cette époque et sont de style gothique, tout comme la nef. Les quatre fenêtres du bras nord du transept sont irrégulières, et cette partie de l’église n’offre rien de remarquable. La nef avec ses deux bas-côtés est longue de trois travées, et se démarque plus par sa largeur que par sa hauteur. Le clocher de 27 m de haut s’élève devant la façade occidentale, au-dessus de la première travée du bas-côté sud.
Le grand portail flamboyant aux deux portes et somptueusement décoré est impressionnant ; la statue mutilée de la Vierge pourrait dater du XIVe siècle. Dans son ensemble, l’église paraît imposante et dégage une puissante harmonie, en dépit des multiples remaniements. À l’intérieur, les murs sont tout autour recouverts de boiseries de la fin du XVIIe siècle ou du début du XVIIIe siècle. Les orgues de 1843 et les deux cloches de 1681 et 1755 sont classés Monuments historiques.