La situation de l'église par rapport à la commune est représentative de la constitution des hameaux du Moyen-âge. Dans un premier temps, une chapelle autour de laquelle des maisons se serrent. La paroisse est créée, en l'occurrence avec la chapelle Saint-Christophe, patron du hameau dont le passage qui longe l'église actuelle conserve toujours le nom. Une rue principale conduit à la chapelle, la rue du Moutier (mot ancien pour désigner un monastère, une église ou une chapelle), et le village s'agrandit progressivement autour de la rue et de la chapelle.
Nous sommes en 1336 et une longue sécheresse désole les cultivateurs du village. Le 14 mai de cette année, une jeune fille priant la Vierge dans la chapelle voit ruisseler les yeux de la statue. Au même moment, la pluie se met à tomber ! Ce miracle rend le lieu célèbre. Le maréchal de Toulouse offre des cierges en hommage à la Vierge. Ils sont toujours visibles, exposés dans une vitrine située dans le bas-côté gauche de l'église. Après le miracle de la pluie, la petite chapelle n'arrive plus à contenir l'afflux des pèlerins, d'autant que les processions venant de Paris et se rendant à la ne manquent pas de faire une halte dans la chapelle miraculeuse. Au XVe siècle, une église est construite sur l'emplacement de la chapelle. Notre-Dame-des-Vertus est édifiée selon un plan rectangulaire, de type halle. Elle possède une clef de voûte pendante particulièrement remarquable représentant une vierge à l'enfant. Sur cette clef, la statue de la Vierge présente la particularité de porter l'enfant Jésus sur le bras droit alors que, le plus souvent, les vierges à l'enfant portent sur le bras gauche.
Les vitraux de l'église relatent les pèlerinages et les différents miracles réalisés par la Vierge dans la chapelle, fort nombreux semble-t-il, comme la résurrection d'un enfant ou la guérison de malades. Pendant la Révolution de 1789, la statue de la Vierge miraculeuse est profanée. Traînée sur la route menant à Saint-Denis par une corde passée autour de son cou, les sans-culottes finissent par la brûler en chantant La Carmagnole et Ah ! ça ira ! Une main a échappé aux flammes et a pu être conservée. L'actuelle statue de la Vierge, située dans la chapelle de gauche, est sculptée dans du bois de tilleul par la maison Baffet en 1873. C'est la copie d'une ancienne statue retrouvée cette année-là dans la chapelle Saint-Julien-le-Pauvre à l'Hôtel-Dieu. Elle est enchâssée dans uns un encadrement néogothique, flanquée de deux anges porteurs de phylactères (banderoles aux extrémités enroulées portant des légendes) qui rappelle le miracle selon lequel, en 1582, la Vierge aurait ressuscité un enfant mort-né.
Après sa victoire sur les protestants, Louis XIII décide d'en remercier la Vierge. Pour montrer sa reconnaissance, il fait édifier la façade de Notre-Dame-des-Vertus, en 1628, dans le style baroque de l'église du Jésus à Rome. Cette façade met un terme à la construction de l'église trois siècles après le miracle de la pluie qui la rendit célèbre mais des oeuvres d'art continuent d'enrichir l'intérieur. Ainsi, les chapiteaux des piliers centraux, vestiges de la construction (XIVe et XVe siècles), une huile sur toile représentant « Le Christ au Jardin des oliviers » (XVIIIe siècle), et un portrait de Marie de l'Incarnation daté du XIXe.
Le grand orgue est l'unique exemplaire du XVIIe siècle en Ile-de-France. Le buffet et son décor ont été réalisés vers 1630. La facture instrumentale, refaite en 1770/80, est due à François Henri Cliquot, héritier d'une célèbre famille de facteur d'orgues français. Classée monument historique, l'église Notre-Dame-des-Vertus a été entièrement restaurée.