La partie la plus ancienne de l'église est l'étage inférieur du clocher qui constitue la troisième travée de la nef actuelle, prolongée vers l'ouest au XVIIe siècle par deux travées, flanquées de bas-côtés dont l'un, celui du nord, a été ensuite démoli pour la construction d'un presbytère aujourd'hui disparu. Les quatre piliers romans qui soutiennent le clocher sont surmontés de chapiteaux ornés de feuilles de fougère et de masques que l'on peut dater du premier quart du XIIe siècle, soutenant une des plus anciennes voûtes sur croisée d'ogives. Les deux travées suivantes de la nef, flanquées de bas-côtés, ont été édifiées au XIIIesiècle, comme en témoignent les quatre piles rondes surmontées de beaux chapiteaux à crochets qui subsistent, mais toute cette partie de l'église a été remaniée au moment de la construction du chœur au XVe siècle.
Le chœur a été achevé au début du XVIe siècle par la construction du chevet pentagonal éclairé par cinq longues fenêtres et dont les ogives se rejoignent sur une large clef pendante qui a déjà tous les caractères de la Renaissance. De grands tableaux et diverses pièces de mobilier ont été sauvés de la destruction de l'abbaye de Pont-aux-Dames. On admirera surtout, contre la dernière colonne du bas-côté droit, une petite statue de marbre blanc de la Vierge à l'enfant du XIVe siècle, beau spécimen de la fameuse école de Jeanne d'Evreux, qui est le joyau de l'église de Couilly. Enfin, avant la sortie de l'église, le visiteur curieux peut lire sur la face sud de la première pile du clocher, l'inscription rappelant la sépulture, en cet endroit, de Noël et Claude Berthault, dont les ancêtres puis les descendants ont exercé de père en fils la charge de notaire royal à Couilly de 1202 à 1817 sans interruption.
