L’architecte Jules Hardouin-Mansart est chargé de la construction de l’église. Il s’inspire d’une de ses dernières réalisations : l’église Notre-Dame à Versailles. La première pierre est posée le 24 avril 1688 par le contrôleur du château de Marly, Louis de Rusé. Elle sera consacrée à peine un an plus tard, le 1er avril 1689. Saint-Vigor est la seule église rurale construite par Jules Hardouin-Mansart.
La nouvelle église, dont la façade est trapue, surmontée d’une croix à fleur de lys, avec un clocher haut de 42 mètres, est tournée vers le midi. À l’intérieur, elle est richement ornée : l’autel en marbre avec des statues d’anges (classées Monuments Historiques en 1905) provient de l’ancienne chapelle de Versailles. Selon les rumeurs, Louis XIV aurait épousé Madame de Maintenon devant cet autel.
Sous une marche du chœur se trouvent les entrailles de Bontemps, premier valet de chambre du roi, gouverneur de Marly et de Versailles. À droite de l’autel, devant la sacristie, se trouve la chapelle du calvaire où le Christ en croix repose sur un support qui est le dossier du siège qu’occupait Louis XIV à l’église. Au-dessus de la porte de la sacristie, on peut voir la cloche nommée Ave Maria, datée de 1473, provenant du prieuré Saint-Etienne, qui fut donnée à l’église à la fin du XIXe siècle, par les propriétaires du Chenil, et sur laquelle est gravée un Saint-Michel terrassant un dragon.
Au transept gauche de l’église, l’autel est dédié à Saint-Thibaut. De chaque côté se trouvent des vitraux, dont l’un dû, en 1903, au maître-verrier Hirsch. Il représente le saint offrant au roi Louis IX et à son épouse Marguerite de Provence une corbeille de onze lys, présage des onze enfants qu’ils auront.
Il faut aussi remarquer dans la nef, la tribune d’orgue et la chaire en chêne sculpté.
L’église Saint-Vigor nécessite d’importantes réparations tout au long du XIXe siècle. La toiture, en particulier, est reprise de nombreuses fois. Les vitraux ont aussi beaucoup souffert et plusieurs d’entre eux ont été remplacés en 1948.
Restauration des vitraux de l'église en 2013
Construire en 1689 sur les plans de Jules Hardouin-Mansart, premier architecte du Roi, l'église Saint-Vigor située dans le Vieux-Marly est l'un des plus beaux édifices du patrimoine marlychois. Elle conserve des vitraux à personnages réalisés vers la fin du XIX
e siècle par les maîtres verriers Hisch, Carot et Champigneulle.
Au fil du temps, différentes altérations et dégradations de ces baies à vitraux historiques et de leurs protections extérieures sont apparues, préjudiciables à leur conservation. Les travaux de réparation et de remise en état de ces baies historiques et de leurs protections réalisés en janvier 2013 ont permis d'offrir un apport de lumière naturelle à l'intérieur du monument, proche de l'état d'origine.