L’ossature principale de l’église est reconstruite vers 1250 sur le plan de l’église précédente, en forme de croix grecque. Les contraintes données par l’environnement urbain sont sans doute la cause de la forme extérieure de l’église, peu habituelle. Le chœur de l’église est alors orienté Sud-Est.

Vers 1280, le bâtiment est augmenté au Nord-Est pour accueillir le nouveau chœur de l’église, plus monumental que le précédent. Cette nouvelle orientation liturgique permet l’extension de l’église au Sud-Ouest, la muraille d’enceinte touchant l’église au Nord-Est. L’allure architecturale de l’église se veut alors gothique.

L’église Saint-Médard est en partie détruite lors de la Guerre de Cent ans. Une partie du porche et de l’ancien chœur sont reconstruits au 15^e siècle. Accolée à l’église au Nord, la chapelle Sainte-Catherine est ajoutée à la même époque. La construction du clocher est entreprise au 16^e siècle.

L’intérieur de l’église est décoré d’éléments hétéroclites tant par leur fonction que par leur époque et style. Parmi eux, le retable de la Sainte Vierge, datant de la fin du 18^e siècle et restauré en 2003, orne la partie Nord-Ouest de l’église. Plusieurs dalles funéraires, dont la dalle de Jean De La Haye classée monument historique, l’orgue en tribune remanié au 19^e siècle par Cavaillé-Coll, et les vitraux des artistes Paul Bony et Adeline Hébert-Stevens complètent le décor intérieur.

Deux peintures à l’huile sur toile du 17^e siècle ont été classées au titre des monuments historiques pour leur qualité esthétique : L’Hospitalité d’Abraham, classée en 1912, et la Nativité – adoration des bergers, de Laurent de La Hyre, classée en 1905. Ce tableau, signé « L. de la Hire » et datant de 1635 environ, est l’un des plus ambitieux de Laurent de La Hyre. Il reprend la plupart des éléments déjà présents dans la Nativité peinte en 1635 conservée au musée des Beaux-arts de Rouen, mais dans un esprit différent. Il existe de nombreuses copies dessinées de cette œuvre notamment au sein du cabinet des dessins du Louvre. La Hyre, déjà reconnu de son vivant, est considéré aujourd’hui comme l’un des maîtres incontestés de la peinture française du 17^e siècle, au même titre qu’Eustache Le Sueur et Charles Le Brun.