L'église est dédiée à Saint Senoch, moine du VIe siècle devenu patron de la paroisse, dont elle abrite les reliques. L’église est ornée de 10 vitraux illustrant la vie du saint, relatée par son contemporain, Grégoire de Tours, dans la Vie des Pères, chapitre 15. Très rares dans le Chalonnais, l'édifice et le clocher sont de style roman.

L'église paroissiale Saint-Paul de Saint-Marcelin-de-Cray est un bâtiment de l'époque romane édifié vers le milieu du XIIe siècle. Le décor de bandes lombardes du clocher est alors déjà un peu archaïque. La nef de trois travées, voûtée en berceau brisé, précède une travée de chœur plus basse, sur laquelle le clocher a été établi, et une abside voûtée en cul-de-four. On a découvert des peintures murales gothiques lors de travaux en 1982 dans l'abside. Elles ont depuis lors été restaurées. Le décor de faux appareil et de fleurettes, ainsi que le motif en damier, outre les personnages figurés (les apôtres), font penser à une réalisation de la fin du XIIIe ou du début du XIVe siècle. Cette église romane offre une très belle unité architecturale. Elle mérite vraiment de s'écarter des axes principaux pour une visite particulière.