La première église de la paroisse Saint-Symphorien est construite peu après 560 à l’angle des rues actuelles Saint-Symphorien et de l’Ecole des Postes, comme on peut le distinguer sur un plan daté de 1724.
Une deuxième église lui aurait succédé.
En 1472, les moines Célestins de Paris, propriétaires des terrains, font reconstruire un troisième sanctuaire. On en conserve le dessin aquarellé de Delapointe (1690), qui nous montre une vue du chevet de l’édifice. Les proportions réduites sont plutôt celles d’une chapelle avec un chevet en hémicycle, flanqué d’un bras de transept au sud. Celui du nord est surmonté d’un haut clocher à quatre étages, cantonné de contreforts à ressauts et sommé d’une toiture à deux pentes dont le dernier niveau est percé de baies géminées sur les deux faces visibles, au sud et à l’est. Cette petite église est entourée d’un cimetière, d’un presbytère et de jardins clos d’un mur d’enceinte.
En 1722, le curé Augustin-Malo Thirié, dit Lebrun, exprime l’espoir de « l’agrandissement d’une église dont les bornes trop étroites gênent la dévotion des fidèles qui la fréquentent et qui ne sont pas en état de l’augmenter ».
Lorsque Louis XV devient seigneur de Montreuil, Porchetaine et dépendances, les doléances du curé sont enfin entendues. Un projet d’agrandissement de l’ancienne église est conservé à la bibliothèque municipale, signé par Le Dreux, architecte du Roi, et daté du 15 septembre 1754. Mais c’est finalement une nouvelle église qui est construite.

La nouvelle église, celle que nous connaissons aujourd’hui, est bâtie sur un vaste terrain de 4 hectares, limité par les rues d’Artois, Saint-Charles, du Refuge et Saint-Jules, que Louis XV a fait acheter pour 19 500 livres en juin 1764. Louis-François Trouard, choisi comme architecte, ne respecte pas le modèle des basiliques paléo-chrétiennes allant jusqu’à couvrir la nef d’un plafond. Il préfère une voûte en berceau, refouillée de caissons à la romaine et percée de fenêtres hautes, à l’aplomb des baies des bas-côtés. D’une extrémité à l’autre de la nef, l’hémicycle de l’atrium répond à celui du chœur, comme le montre une peinture de Demachy. Deux files de dix colonnes doriques cannelées portent un entablement séparant la nef des collatéraux, où des fenêtres rectangulaires éclairent une travée sur deux. Dans le chœur, les rosaces des voussures et les bas-reliefs de Lecomte, qui surmontaient les portes des sacristies, ont fait place aux peintures préraphaélites de Paul Balze (de 1859 à 1861), représentant le couronnement de la Vierge et, en partie basse, les apôtres dans des cadres d’architecture. Le clocher, accolé à l’abside, est épaissi par rapport aux esquisses de Trouard pour des raisons de sécurité. Quant au portail, on observe une grande similitude avec celui construit à la même époque par l’architecte Pierre Rousseau pour la chapelle des catéchismes de la paroisse de Saint-Germain-en-Laye.
Les travaux de construction durent jusqu’au début de 1771 et la dépense s’élève en tout à 500 000 livres.
La nouvelle église de Montreuil devient la troisième paroisse de Versailles lors de l’annexion décidée par un édit du roi Louis XVI, effective à la date du 1er janvier 1787.