L’église Notre-Dame, édifiée au XIᵉ siècle, est classée au titre des Monuments historiques. De son état roman, seuls certains éléments subsistent aujourd’hui : le portail ouest, la partie inférieure des piliers ainsi que les quatre maître-piliers de la croisée du transept, accompagnés de leurs arcades romanes. La croisée du transept correspond à l’espace où se rencontrent la nef et les parties transversales de l’église. Ces vestiges permettent de distinguer les traces les plus anciennes de l’édifice au sein de son architecture.
L’église conserve également une belle collection de tableaux datant des XVIᵉ, XVIIᵉ et XVIIIᵉ siècles. Ces œuvres ont récemment fait l’objet d’une restauration.
Le Grand Orgue Notre-Dame renaît en 1990. Son buffet, c’est-à-dire sa structure extérieure, ainsi que sa tuyauterie sont classés au titre des Monuments historiques. L’instrument a été restauré selon l’esprit classique de la fin du XVIIᵉ siècle. L’église et son grand orgue s’inscrivent dans le circuit patrimonial « Les Trésors de Carentan », consacré au cœur de la vieille ville.
