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.

L’église actuelle de Virey-le-Grand, de style néo-roman à trois nefs, construite en 1859, remplaça un édifice plus ancien au clocher remarquable. C’était l’un des plus beaux du diocèse, muni d’une tour carrée à deux étages de baies géminées en plein cintre. Elle était surmontée d’une flèche en pyramide de pierre à quatre rampants. Cette église ancienne avait été jugée trop exiguë et en trop mauvais état pour être réparée selon le rapport de 1852 de l’architecte Narjoux. Son clocher, devenu top dangereux, fut démoli en 1853. Charles-Louis Bandet (1815-1889), curé de Virey de 1856 à 1866, écrivain, a réalisé le projet de construction de l’église, consacrée à l’Immaculée Conception, dont le dogme a été proclamé en 1854. La nouvelle église de Virey-le-Grand a été construite en 1859 sur les plans de l’architecte André Berthier, révisés avec l’adjonction des communes de Fragnes, La Loyère, Lessard-le-Royal qui a conduit à allonger la nef d’une travée. Elle a été inaugurée en 1860 et les autels ont été consacrés en 1861.