En approchant du bourg, on aperçoit au-dessus des toits un clocher en bâtière étroit qui ne laisse pas deviner l’important monument, classé Monument Historique en 1908.
Par son évolution, Saint-Martin-Saint-Loup nous renseigne sur l’évolution démographique et économique de Sermaises depuis la modeste église construite vers 1100 jusqu’aux derniers agrandissements du XVIIIème siècle.
De l’édifice romain il ne reste que la base et les deux premiers étages du clocher, qui se trouvait alors soit sur son flanc, soit sur le chœur.
Vers 1250, Saint-Loup est considérablement agrandie. Ce bel édifice ogivale comporte alors trois nefs de cinq travées (une sixième travée est rajoutée côté ouest au XVIIIème siècle), un chevet plat percé d’un triplet et un beau portail décoré de colonnettes et chapiteaux sculptés.
D’une légèreté remarquable, Saint-Martin-Saint-Loup compte parmi les grandes églises du XIIIème siècle de la région.
A l’intérieur, l’agencement de l’espace annonce déjà les églises-halles du XVème siècle.
De multiples éléments architecturaux attirent l’attention, que ce soit les personnages grotesques des chapiteaux de la nef, les piliers ronds, octogonaux ou quadrilobés, d’une diversité déconcertante, ou les fenêtres doubles des bas-côtés qui laissent venir la lumière sur le chœur à des fins liturgiques.
Le mobilier est réduit mais de qualité : trois pierres tombales médiévales, une cuve baptismale du XVIIème siècle, un lutrin de style Louis XIV, un autel moderne (1972), et des vitraux inspirés de l’Art Déco (1920-1940).