Selon la légende, au XIIe siècle, une bergère découvre une statue, jadis cachée par un prêtre dans un tronc d’arbre, pour la protéger des invasions normandes des IXe et Xe siècles. Il est décidé de construire l’église à l’endroit de la découverte, sur le flanc sud de l’éperon rocheux, ce qui peut expliquer qu’elle ne soit pas au centre du village. À l’extérieur, l’imposante tour de croisée romane, qui remonte à ses origines, a conservé ses étroites fenêtres et un beau calvaire du XVe siècle garde le souvenir de l’ancien cimetière qui se trouvait au-devant.
La topographie a entraîné l’entrée principale au nord car plusieurs glissements de terrain ont nécessité d’importants travaux de contrebutement et de terrassement pour construire au sud un bas-côté supplémentaire.
À l’intérieur, à droite du chœur, se trouve un vitrail commandé en 1927 à Roger Desjardin, verrier angevin, qui illustre la légende de Notre-Dame-de la-Tronchaye. Dans l’ancien chœur des chanoines, on peut encore voir les stalles du XVIIe siècle et l’ancien retable qui fermait auparavant le chœur. En 1922, pour faciliter les cérémonies, l’évêque de Vannes exige la restauration du chœur et le retable de pierre qui séparait de la nef est placé au fond.
L’église est érigée au rang de collégiale en 1498.