L'église est dédiée à un saint évangélisateur normand, saint Vigor, élu en 511 évêque de Bayeux. Vers 1135, Louis VI offre à l'église un morceau des reliques de son saint patron.

Mais en 1679, l’église Notre-Dame/Saint-Étienne de Marly-le-Bourg n’est plus qu’une ruine abandonnée et celle de Saint-Vigor est en très mauvais état. C’est donc à la demande des Marlychois que, le 27 mars 1681, Louis XIV promulgue le décret réunissant les deux paroisses. Le patronage de saint Étienne est alors ajouté à celui de saint Vigor.

Louis XIV demande à Jules Hardouin-Mansart de lui proposer les plans d’une nouvelle église pour Marly. La première pierre est posée le 24 avril 1688 par Louis de Ruzé, contrôleur des bâtiments du Roi, en présence de François Cottin, prieur-curé de Marly, et d’Emmanuel de Champflour, procureur du Roi. Après un an de travaux, elle est consacrée le 1^er avril 1689 par François de Bataillier, évêque in partibus de Bethléem.

Louis XIV se rend à Saint-Vigor pour la première fois en 1709 seulement. À compter de cette date, il assiste plus fréquemment aux offices. Ainsi, le 20 juin 1715, il prend part à la procession organisée à l'occasion de la Fête-Dieu.

Le saviez-vous ?

Au-dessus de la porte de la sacristie se trouve une cloche nommée Ave Maria, datée de 1473, provenant du prieuré Saint-Étienne de Marly-le-Bourg. Elle fut donnée à l’église à la fin du XIX^e siècle, par la famille Roland-Gosselin, alors propriétaire du Chenil.
Sur la cloche sont gravés saint Michel terrassant le dragon, une crucifixion, une Vierge à l’enfant et une grande fleur de lys. Cette cloche est classée au titre des Monuments Historiques depuis 2016.