Jusqu'à la Révolution, l'actuel quartier parisien d'Auteuil n'était qu'un village riche en vignobles, propriétés des seigneurs du fief d'Auteuil. Au XIe siècle, on y construisit une église romane, remplacée par un autre édifice au XIVe.
L'église actuelle est bâtie entre 1877 et 1892, dans le style romano-byzantin, par l'architecte Joseph-Émile Vaudremer (1829-1914).
L'édifice n'a pas d'ornementation exubérante : ni tableau, ni statue médiévale, ni clé de voûte sculptée, ni vitraux resplendissants. Ce qui est resté de l'ancienne église détruite en 1880 se trouve dans la sacristie.
L'église est assez sombre. La lumière du jour a du mal à passer à travers les étroits vitraux à figures géométriques. Quelques rares bas-reliefs en bronze et des retables assez communs ornent les chapelles.
Point architectural intéressant : le chœur est surélevé par rapport à la nef. Sous le chœur se trouve la crypte. Dans l'abside, la chapelle de la Vierge est elle-même surélevée par rapport au chœur.
Notons tout de même deux belles statues de Vierge à l'Enfant : la première sous le porche de l'église est due à Henri-Charles Maniglier en 1882 ; la seconde, Notre-Dame du Vœu, est en marbre et orne l'autel de la Vierge.