Cet édifice a été construit en trois étapes.

La première partie remonte à la fin du XVe siècle, elle correspond à la nef actuelle. A l'intérieur, une belle piscine flamboyante indique le niveau de l'ancien sanctuaire.

Vers la fin du XVIe siècle, est ajouté le chœur constitué de deux travées et d'une abside à trois pans coupés. Sur les lambris du cul-de-four de l'abside est peinte une scène biblique. La voûte est entièrement lambrissée avec entraits et poinçons apparents. Dix croix de consécration sont intégrées dans les murs de la nef et du chœur.

A la fin du XVIIe siècle, un bâtiment d'un étage a été rapporté en avant du pignon occidental. Sa façade, encadrée de deux tourelles, est ornée de trois niches à statues et est surmontée de deux fausses lucarnes dont l'une masque un conduit de cheminée. En entrant sous le porche, l'ancien portail à gâble du XVIe siècle est visible. Ce bâtiment servit d'hôtel-Dieu pour les malades de Romilly, de la Ferté Villeneuil et de Cloyes. A partir des années 1730, date du retour de l'hôtel-Dieu à la Ferté Villeneuil, celui de Romilly ne reçut plus de malades.
Au XVIIIe siècle, plus précisément en 1731, sont mis en place le retable du maître autel, les lambris et la grille du chœur. Celle-ci a été récupérée à Saint-Denis-les-Ponts lors de la démolition de l'abbaye de Saint-Avit.

En 1748, la voûte du chœur est restaurée. En 1766, c'est le tour de celle de la nef. On peut encore y lire le nom des artisans qui ont œuvré à ces restaurations. Le clocher a probablement été reconstruit au début du XXe siècle. En 1999 et 2002, des travaux furent entrepris. Successivement, on restaura la voûte de la nef, les fenêtres, l'escalier de l'ancien hôpital, les menuiseries intérieures, les baies, les peintures et les vitraux de la nef.

Elle est très ancienne puisque datant des environs de l'an 1000.
Conçue à l'origine pour une église paroissiale, elle fut vite annexée par le Seigneur féodal qui s'en réserva l'usage.
En 1114, Renaud Percehaie, Seigneur de Romainville, pour réparer l'injustice commise par sa famille, la rendit publique et en fit don aux Moines de Thiron qui possédaient déjà Notre Dame d'Yron.
Ce n'était qu'un petit édifice avec une seule nef de modestes proportions. De cette église primitive ne subsiste que le chœur actuel.
Vers 1400, on l'augmenta de la grande nef, que nous appelons aujourd'hui nef du Sacré Cœur, on prolongea et l'on rehaussa la nef romane. A cette date fut également édifié le clocher. Tous ces travaux furent en grande partie financés par une des dernières descendantes de la famille des Seigneurs de Cloyes : Jeanne, veuve de Pierre le Drouais qui y consacra une partie de l'héritage qu'elle tenait de sa sœur Catherine, dame de Cloyes et de Marboué.

Les dernières constructions, donnant à l'église son aspect actuel, sont plus récentes. La sacristie fut édifiée en 1836 dans le jardin du presbytère et en 1843 adjonction de la nef méridionale dite nef de la Sainte Vierge et des fonds baptismaux.

A remarquer :
- Au dessus de l'autel de la Sainte Vierge, une statue en bois de la Vierge et l'Enfant.
- Dans cette nef, une statue de Saint Jacques en pierre datant du XIIe siècle.
- A gauche de l'autel central, un Christ en bois datant du XVIe siècle.
Les vitraux sont récents ayant pratiquement tous été détruits lors du bombardement du 22 Juin 1944. Les deux près de la porte d'entrée rappellent un évènement historique : la Croisade des Enfants, partie en 1212 de la Chapelle d'Yron.