L’église est orientée au sud-est. Elle est construite selon un plan en croix latine muni d’un double faux transept légèrement saillant et se termine par un chevet polygonal à déambulatoire. La nef composée de trois vaisseaux qui se divisent en six travées. Un corps de bâtiment annexe flanque le mur gouttereau sud de l’église.
La façade principale située au nord-ouest est en réalité un porche à l’antique. Elle est percée de deux entrées rectangulaires séparées par un trumeau. Des colonnes géminées encadrant une niche dans laquelle prend place une statue sont disposées de chaque côté des ouvertures. Les colonnes supportent un entablement à l'antique. La façade, couverte en appentis, est couronnée d’un mur pignon percé d’un oculus. Sur la partie sud de la façade fut édifiée l’immense tour divisée en trois niveaux d’élévation surmontés d’un double diadème circulaire. La décoration est davantage chargée au fur et à mesure de la hauteur de la tour. Au sommet se distinguent des flammes, des pinacles, des sculptures. Les murs gouttereaux sont renforcés par des contreforts alternant avec des baies à meneaux en plein cintre divisées en trois lancettes. Des baies plus imposantes dans le style du gothique rayonnant permettent d’apporter de la lumière à l’intérieur du transept et du chevet. Ce dernier est épaulé par des arcs-boutants et des contreforts. L’église est protégée par une toiture à double pan.
La nef est divisé en trois vaisseaux : le vaisseau central et les collatéraux. Les murs du vaisseau central présentent une élévation en deux niveaux : les grandes arcades en arc brisé supportent des fenêtres en plein cintre. L’intérieur de l’édifice est massif et charpenté. Le choeur est vouté d'ogives.
L'église fut bâtie au XIIe siècle au moment de la construction du bourg de Verneuil-sur-Avre. La tour-clocher, appelée tour de la Madeleine, fut construite entre 1465 et 1526 grâce aux dons des bourgeois de la ville et de l'évêque de Senlis Artus Fillon. Le chevet est daté de la fin du XVe siècle début du XVIe siècle. Le porche édifié au XVIIIe siècle fut construit devant le portail roman daté du XIIe siècle.
David d'Angers a réalisé un cénotaphe à la mémoire de Frotté. L'orgue a été construit par le rouennais Jean-Baptiste Lefebvre.